Галактические процессы создают магнитные поля: исследование на суперкомпьютере

Международная группа астрофизиков провела масштабное компьютерное моделирование происхождения и эволюции космических магнитных полей. Результаты опубликованы в репозитории arXiv.

Исследователи использовали код AREPO с гидродинамическим расчетом и модель формирования галактик IllustrisTNG. Они смоделировали объем пространства размером 25 мегапарсек (около 80 миллионов световых лет) и сравнили несколько сценариев: с изначальными однородными магнитными полями, а также с генерацией поля при взрывах сверхновых (SNe) и при активности сверхмассивных черных дыр (SMBH).

Симуляции показали, что к современной эпохе (z=0) напряженность магнитных полей в гало галактик почти не зависит от сценария начальной накачки. Она определяется в основном динамо-механизмами — как мелкомасштабным, так и гало-масштабным. Однако топология полей различается: в моделях с активностью черных дыр когерентность (длина корреляции) оказывается меньше, чем в сценариях с изначальным полем или только со сверхновыми.

Главное различие выявилось при сравнении с наблюдениями. Во-первых, добавление обратной связи от сверхновых и черных дыр ускоряет рост полей за счет динамо, особенно в маломассивных гало. Но для межгалактической среды (IGM) модель только со сверхновыми дает поля значительно ниже нижних пределов, полученных из гамма-наблюдений как для современной Вселенной, так и для эпохи около z=3 (возраст Вселенной около 2 миллиардов лет).

Сценарий с инжекцией магнитной энергии от черных дыр, использованный в модели, удовлетворяет ограничениям для z=0, но слегка завышает поля на высоких красных смещениях. Авторы отмечают, что для согласования с данными ранней Вселенной необходимы либо модифицированные модели обратной связи черных дыр, либо дополнительная накачка от первичных (примордиальных) магнитных полей.

Работа проливает свет на происхождение одних из самых загадочных структур во Вселенной. Магнитные поля пронизывают галактики, скопления и межгалактическое пространство, влияя на движение плазмы, звездообразование и распространение космических лучей. Понимание их источников критически важно для космологии и астрофизики.

Следующий шаг — уточнение параметров обратной связи от черных дыр и включение более реалистичных моделей первичных полей. Исследователи планируют продолжить симуляции с повышенным разрешением, чтобы окончательно определить, какой из механизмов доминировал в разных эпохах.