מאמר שפורסם ב־Physical Review Letters מציע כי קריסת ענני פלזמה וזרימות טורבולנטיות האיצו מאוד את צמיחתם של שדות מגנטיים מסודרים, וכך ייתכן שנפתרת הסתירה בין המודלים המקובלים לבין התצפיות על גלקסיות צעירות.
שדות מגנטיים גלקטיים יכולים להופיע במהירות מפתיעה, בגלל קריסת פלזמה וזרימות טורבולנטיות.
כמה מהר יכולה גלקסיה לפתח שדות מגנטיים מסודרים שמשתרעים על פני אלפי שנות אור? לפי המודלים המסורתיים התהליך הזה לוקח מיליארדי שנים, אבל תצפיות על גלקסיות אמיתיות מצביעות על צירי זמן הרבה יותר מהירים.
מחקר שהתפרסם ב-Physical Review Letters מציע פתרון אפשרי לאי-ההתאמה הזאת. כשענני פלזמה קורסים במהלך היווצרות גלקסיות, הם יכולים להאיץ במהירות את ההתפתחות של שדות מגנטיים.
רוב החומר הנראה ביקום קיים כפלזמה, מצב שמגיב לכוחות כמו כבידה, הפרשי טמפרטורות וסיבוב. כוחות אלה יכולים ליצור זרימות טורבולנטיות, ובתנאים כאלה תאוריית הדינמו חוזה ששדות מגנטיים קיימים מתחזקים. התאוריה הזאת היא עדיין הכלי המרכזי שבו משתמשים מדענים כדי להסביר כיצד נוצרים שדות מגנטיים קוסמיים.
"אבל לתאוריית הדינמו יש מגבלות", אומר פאלאבי, אחד ממחברי המחקר. "בפרט, היא מתקשה להסביר תצפיות של גלקסיות צעירות עם שדות מגנטיים חזקים שמשתרעים על פני אלפי שנות אור".
נקודת מבט חדשה על היווצרות גלקסיות
המחקר בודק איך תהליכי דינמו יכלו להתנהג באופן שונה בשלבים המוקדמים של היווצרות גלקסיות. הוא מתמקד בענן קורס של גז מיונן, שלב חשוב בבניית גלקסיות. "כשגלקסיה נוצרת, הכבידה עצמה יכולה לסובב את הפלזמה, וזה יכול להגביר שדות מגנטיים", אומר אירשד, המחבר הראשי של המחקר.
באמצעות שיטות אנליטיות, החוקרים מראים שהתנועה הזאת שגורמת הכבידה יכולה להאיץ את התפתחות השדות המגנטיים. מהתוצאות שלהם עולה שהשדות האלה יכלו להיווצר הרבה יותר מוקדם משסברו קודם.
הם מקשרים את האפקט הזה לשינויים בתנועה הטורבולנטית בזמן הקריסה. הטוּרְבּוּלֶנְטִיּוּת יוצרת דפוסים מסתחררים הנקראים מערבולות, בדומה לזרמים במים זורמים. קצב הגידול של השדות המגנטיים תלוי במהירות הסיבוב של המערבולות האלה, המכונה קצב ההתהפכות .
כשהענן מתכווץ, קצב ההתהפכות גדל. הצוות מצא שזה גורם לגידול "סופר אקספוננציאלי" בחוזק המגנטי, שיכול להסביר את השדות המגנטיים החזקים שרואים בגלקסיות צעירות. התוצאות הנומריות שלהם גם מצביעות על כך שהשדות האלה יכולים להיעשות חזקים יותר מהתחזיות המבוססות על תאוריית הדינמו הרגילה.
המסגרת המתמטית ומגבלות
כדי לבצע את הניתוח, החוקרים השתמשו בגישה מתמטית בשם "קואורדינטות סופר נעות ביחד" (supercomoving coordinates). בקוסמולוגיה, השיטה הזאת מביאה בחשבון את התפשטות היקום.
"באמצעות הקואורדינטות האלה המשוואות של גלקסיה קורסת נעשות דומות לגלקסיה סטטית, וזה מפשט מאוד את החישובים", אומר אירשד. "זה פועל היטב במערכת כדורית שקורסת באופן אחיד, אבל נצטרך להרחיב את המחקר הזה למקרים יותר מציאותיים".
למרות התובנות האלה, נשארות שאלות חשובות. "יש עדיין הרבה ללמוד גם בשאלה הבסיסית הזאת לגבי צירי הזמן", אומר פאלאבי. מדענים מפתחים מודלים חישוביים כדי לדמות כיצד מבנים נוצרים ביקום, והמחקר הזה מספק תחזיות שיכולות לסייע בבדיקה ובשיפור של המודלים האלה.
כוחות מגנטיים בדרך כלל חלשים בהרבה מכבידה בעיצוב של גופים ביקום, אבל מהממצאים עולה שייתכן ששדות מגנטיים חזקים ומסודרים הופיעו מוקדם מהמצופה. עם הזמן, השדות האלה יכלו למלא תפקיד עדין אבל מתמשך בהכוונה של התפתחות היקום.
למאמר המדעי DOI: 10.1103/fp1v-xrr5
עוד בנושא באתר הידען:
