Mια νέα μέθοδος για την εκτίμηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο διαστρικό μέσο επιτυγχάνει πρωτοφανή ακρίβεια

Ένα μαγνητικό πεδίο μεγάλης κλίμακας (έντασης που κυμαίνεται από λιγότερο από μG μέχρι μερικές εκατοντάδες mG) διαπερνά το διαστρικό μέσο του γαλαξία μας και συμβάλλει σε διάφορες διαδικασίες (π.χ. σχηματισμός αστεριών, διάδοση κοσμικών ακτίνων). Ο χαρακτηρισμός των ιδιοτήτων του μαγνητικού πεδίου είναι απαραίτητος για την κατανόηση αυτών των διαδικασιών.

Η πόλωση της σκόνης έχει αποδειχθεί ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία για τη μελέτη των ιδιοτήτων του μαγνητικού πεδίου στο διαστρικό μέσο, όμως ανιχνεύει μόνο τη διεύθυνση του πεδίου και όχι την έντασή του. Για το λόγο αυτό, έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι που εκτιμούν την ισχύ του πεδίου αυτού. Η πιο ευρέως διαδεδομένη μέθοδος αναπτύχθηκε από τους Davis (1951) και Chandrasekhar & Fermi (1953) (DCF). Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην υπόθεση ότι το παρατηρούμενο εύρος στην κατανομή των γωνιών πόλωσης οφείλεται στη διάδοση των μαγνητοϋδροδυναμικών κυμάτων Alfvén.

Ωστόσο, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι κύματα διαφορετικά από τα Alfvén (συμπιέσιμα) μπορεί να είναι επηρεάζουν τις δυναμικές διεργασίες του διαστρικού μέσου. Σε αυτήν την εργασία προτείνουμε μια νέα μέθοδο για την εκτίμηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου που λαμβάνει υπόψιν τα συμπιέσιμα κύματα. Δοκιμάσαμε τη μέθοδο μας σε αριθμητικές προσομοιώσεις μαγνητοϋδροδυναμικής και τη συγκρίναμε με την κλασική μέθοδο DCF. Όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα η μέθοδος μας είναι πιο ακριβείς από τις προηγούμενες οι οποίες βασίζονται αποκλειστικά στα κύματα Alfvén και επιτυγχάνει μια μέση σχετική απόκλιση ίση με 17% χωρίς τη χρήση άλλης διόρθωσης.

Ερευνητικό Άρθρο: “High-accuracy estimation of magnetic field strength in the interstellar medium from dust polarization”, R. Skalidis, K. Tassis,  2021, A&A, 647, 186 – March 2021

Εικόνα: Στο σχήμα φαίνεται με τη συνεχόμενη μαύρη γραμμή (f = 1) η σχετική απόκλιση της DCF εκτιμώμενης έντασης του μαγνητικού πεδίου από την πραγματική σε πέντε διαφορετικά μοντέλα προσομοίωσης. Η μαύρη διακεκομμένη γραμμή δείχνει τις DCF εκτιμήσεις που έχουν διορθωθεί για φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα κατά μήκος της ευθείας παρατήρησης και άλλα φαινόμενα σχετικά με την τυρβώδη ροή του μέσου (f = 0.5). Η μπλε γραμμή αντιστοιχεί σε συνδυασμό της μεθόδου DCF με τη μέθοδο των Hildebrand et al. 2009 και Houde et al. 2009, η οποία προστείθεται για να διορθώσει φαινόμενα που συμβαίνουν κατά μήκος της γραμμής του παρατηρητή καθώς και φαινόμενα σχετικά με το όργανο. Η κόκκινη γραμμή αντιστοιχεί στη σχετική απόκλιση μεταξύ της πραγματικής έντασης του μαγνητικού πεδίου και της τιμής που προκύπτει από τη μέθοδό μας.

 

Απρίλιος 2021

Πανεπιστήμιο Κρήτης - Τμήμα Φυσικής - Πανεπιστημιούπολη Βουτών - TK 70013 Βασιλικά Βουτών, Ελλάδα
τηλ: +30 2810 394300 - fax: +30 2810 394301