У таинственных нитей Млечного Пути есть старшие дальние родственники

Астрофизик Северо-Западного университета Фархад Заде был очарован и озадачен семейством крупномасштабных высокоорганизованных магнитных нитей, свисающих в центре Млечного Пути, с тех пор, как впервые обнаружил их в начале 1980-х годов.

Спустя 40 лет Заде остается таким же очарованным, но чуть менее озадаченным.

С новым открытием подобных нитей, расположенных в других галактиках, Заде и его сотрудники впервые представили два возможных объяснения неизвестного происхождения нитей. В новой статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, Заде и его соавторы предполагают, что нити могут возникнуть в результате взаимодействия крупномасштабного ветра и облаков или могут возникнуть из-за турбулентности внутри слабого магнитного поля.

«Мы много знаем о нитях в нашем галактическом центре, и теперь нити во внешних галактиках начинают проявляться как новая популяция внегалактических нитей», — сказал Заде. «Основные физические механизмы для обеих популяций нитей схожи, несмотря на совершенно разное окружение. Объекты являются частью одного и того же семейства, но нити за пределами Млечного Пути более старые, дальние родственники — очень далекие (во времени и пространстве) кузены».

 «Происходит что-то универсальное»

Первые нити, обнаруженные Заде, простирались на 150 световых лет в длину и возвышались возле центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути. Ранее в этом году Заде добавил к своей коллекции наблюдений еще почти 1000 нитей. В этом пакете одномерные нити появляются парами и группами, часто уложенными друг к другу на одинаковом расстоянии друг от друга, как струны на арфе, или растекаются в стороны, как отдельные потоки в водопаде.

Используя наблюдения с радиотелескопов, Заде обнаружил загадочные нити, состоящие из электронов космических лучей, вращающихся вдоль магнитного поля со скоростью, близкой к скорости света. Хотя он собирал головоломку о том, из чего сделаны нити, Заде все еще задавался вопросом, откуда они взялись. Когда астрономы обнаружили новую популяцию за пределами нашей галактики, это открыло новые возможности для исследования физических процессов в пространстве, окружающем волокна.

Недавно обнаруженные нити находятся внутри галактического скопления, концентрированного клубка тысяч галактик, расположенных на расстоянии одного миллиарда световых лет от Земли. Некоторые из галактик в скоплении являются активными радиогалактиками, которые стали питательной средой для формирования крупномасштабных магнитных волокон. Когда Заде впервые увидел только что обнаруженные нити, он был поражен.

«После изучения волокон в нашем галактическом центре в течение всех этих лет я был очень взволнован, увидев эти невероятно красивые структуры», — сказал он. «Поскольку мы нашли эти нити в другом месте во Вселенной, это намекает на то, что происходит что-то универсальное».

Галактические гиганты

Хотя новая популяция филаментов похожа на те, что есть в Млечном Пути, есть некоторые ключевые отличия. Нити за пределами Млечного Пути намного больше — от 100 до 10 000 раз длиннее. Они также намного старше, и их магнитные поля слабее. Любопытно, что большинство из них свисают — под углом 90 градусов — от джетов черной дыры в бескрайнее ничто внутрикластерной среды или пространство, зажатое между галактиками внутри скопления.

Но недавно обнаруженная популяция имеет то же отношение длины к ширине, что и волокна Млечного Пути. И обе популяции переносят энергию с помощью одних и тех же механизмов. Ближе к джетам электроны нити более энергичны, но теряют энергию по мере продвижения вниз по нити. Хотя джет черной дыры может дать затравочные частицы, необходимые для создания нити, что-то неизвестное должно ускорять эти частицы на поразительные расстояния.

«Некоторые из них имеют поразительную длину до 200 килопарсеков», — сказал Заде. «Это примерно в четыре или пять раз больше, чем размер всего Млечного Пути. Примечательно, что их электроны остаются вместе на таком большом расстоянии. Если бы электрон двигался со скоростью света по длине нити, ему потребовалось бы 700 000 лет. И они не путешествуют со скоростью света».

Многообещающие возможности

В новой статье Заде и его сотрудники предполагают, что происхождение нитей может быть простым взаимодействием между галактическим ветром и препятствием, таким как облако. Когда ветер обвивает препятствие, он создает за ним кометный хвост.

«Ветер возникает из-за движения самой галактики по мере ее вращения», — объяснил Заде. «Это похоже на то, как высунуть руку из окна движущейся машины. На улице нет ветра, но чувствуется, как движется воздух. Он сметает материал и создает нитевидную структуру».

Моделирование предлагает еще одну реальную возможность. Когда исследователи смоделировали активную турбулентную среду, материализовались длинные нитевидные структуры. По мере того, как радиогалактики движутся, объяснил Заде, гравитация может воздействовать на среду и перемешивать ее. Затем среда образует пятна закрученных вихрей. После того, как слабое магнитное поле обвивается вокруг вихрей, оно может растягиваться, сворачиваться и усиливаться, превращаясь в конечном итоге в удлиненные нити с сильным магнитным полем.

Хотя остается много вопросов, Заде по-прежнему восхищается новыми открытиями.

«Все эти нити за пределами нашей галактики очень старые», — сказал он. «Они почти из другой эпохи нашей Вселенной, и тем не менее сигнализируют обитателям Млечного Пути о том, что существует общее происхождение для образования нитей. Я думаю, это замечательно».