Fermi selvitti magneettikenttien alkuperää

Uusi tutkimus on tuonut lisävalaistusta galakseja ympäröivien valtavien magneettikenttien alkuperään. Nasan Fermi-gammateleskoopin havaintoihin perustuvat tulokset esiteltiin Science-tiedelehdessä huhtikuun alussa.

Linnunradalla ja muilla galakseilla on omat suuren mittakaavan magneettikenttänsä. Vaikka ne eivät ole läheskään yhtä voimakkaita kuin planeettojen magneettikentät, niiden uskotaan osaltaan vaikuttavan tähtien syntyyn, ohjaavan kosmista säteilyä ja säätelevän tähtienvälisen kaasun dynamiikkaa.

Useimpien tutkijoiden käsityksen mukaan nykyisten galaksien voimakkaat magneettikentät ovat kasvaneet heikommista ”siemenkentistä”. Ei kuitenkaan tiedetä, mistä nämä vanhemmat kentät ovat lähtöisin.

Alkuperästä on kaksi pääteoriaa. Toisen mukaan kentät syntyivät varautuneen kaasun liikkuessa protogalakseissa. Toisen teorian mukaan niiden synty perustuu varhaisessa kaikkeudessa galaksien ulkopuolella tapahtuneisiin prosesseihin, joita ei vielä tunneta.

Fermin uudet havainnot tukevat teoriaa, jonka mukaan magneettikenttien siemenet ovat olleet olemassa kaikkeuden alusta saakka eli ne ovat vanhempia kuin galaksit.

”Vaikuttaa siltä, että näitä heikkoja magneettikenttiä olisi kaikkialla. Ne liikkuvat galaksien ulkopuolella ja täyttävät koko maailmankaikkeuden, myös siellä, missä ei ole galakseja, ei galaksijoukkoja eikä mitään muutakaan”, toteaa raportin julkaisseen tutkimusryhmän jäsen Andrii Neronov sveitsiläisen Geneven yliopiston astrofysiikan tutkimuskeskuksesta ISDC:stä.

Koska Fermin havainnot viittaavat siihen, että magneettikenttiä voi syntyä galaksien ulkopuolella, Neronov arvelee magneettikenttien siemenien muodostuneen jo galakseja aiemmin.

Tietynlaiset gammasäteet puuttuivat

Teorian mukaan alkuperäiset siemenkentät ovat voineet syntyä varautuneista hiukkasista, jotka ovat sinkoutuneet avaruuteen rajuissa purkauksissa, kuten supernovissa.

Ajan mittaan siemenkenttä saattaa voimistua galaksin sisällä, koska galaksin hidas pyörimisliike saa varautuneet hiukkaset ja kaasut suuntautumaan kentän magneettisten viivojen mukaisesti.
Toiset siemenkentät sen sijaan jatkaisivat yhä vaellustaan galaksien välisessä avaruudessa, ja juuri niitä Neronov ja hänen kollegansa uskovat nyt löytäneensä.

Tutkijaryhmä huomasi hyvin suurienergiaisten gammasäteiden puuttuvan tiedoista, joita Fermi-teleskooppi oli kerännyt blasaareja tarkkaillessaan. Blasaarit ovat aktiivisia galakseja, joiden keskuksen supermassiiviset mustat aukot syöksevät avaruuteen hiukkasia suihkuvirtauksina eli jetteinä lähes valon nopeudella.

Gammasäteillä, jotka yltävät blasaareista Maahan asti, pitäisi olla tietty energiataso. Neronovin ryhmän tutkimat säteet näyttivät kuitenkin menettäneen osan voimakkuudestaan. Juuri näin voisi käydä, jos gammasäteet joutuisivat matkalla vuorovaikutukseen heikkojen magneettikenttien kanssa.

”Olemme ehkä löytäneet tällaisen alkuperäisen, heikon kentän, ja se saattaa paljastaa, miten Linnunradan ja muiden galaksien [nykyiset] magneettikentät ovat kehittyneet, koska nyt tunnemme alkuperäiset olosuhteet”, toteaa Neronov.

Magneettikentissä riittää vielä tutkittavaa

Vaikka ehdokkaita riittää, ei tiedetä varmasti, mitkä suurienergiaiset prosessit muodostivat ensimmäiset magneettikentät nuoressa kaikkeudessa, jossa ei vielä ollut galakseja.

Koska kenttien tarkkoja voimakkuuksia ei vielä ole mitattu, on myös epävarmaa, miten suuri osuus vaeltavilla siemenkentillä on ollut myöhempään galaksien ja galaksijoukkojen muodostumiseen.

Nyt tehtyjen mittausten pohjalta Neronov arvelee, että kentät eivät ehkä vaikuta merkittävästi galaksien muodostumiseen, koska ne ovat liian heikkoja.