Ми звикли думати, що Всесвіт вивчають, дивлячись у телескопи на яскраві зірки та далекі галактики. Але що, якщо я скажу вам, що один із найцікавіших способів заглянути в структуру нашого космічного будинку, Чумацького Шляху, пов’язаний з пилом? Так-так, зі звичайними порошинками, розсіяними в міжзоряному просторі. І ще – з невидимими магнітними полями. Звучить трохи дивно, правда? Але саме ці, здавалося б, незначні компоненти дозволяють астрономам створювати напрочуд докладні карти нашого галактичного оточення. Давайте розберемося, як це працює.
Коли ми дивимося на нічне небо, простір між зірками здається абсолютно чорним та порожнім. Насправді це далеко не так. Галактика пронизана так званим міжзоряним середовищем — сумішшю газу (в основному водню і гелію) і дрібних твердих частинок, які вчені і називають міжзоряним пилом.
Що це за пилюка? Уявіть собі крихітні крупинки, розміром від кількох молекул до часток мікрона — набагато менше, ніж домашній пил під диваном. Складаються вони із силікатів, вуглецю, іноді покриті крижаною оболонкою. Здається, ну що такого в цьому пилюці? Її концентрація мізерно мала: одна порошинка на об’єм, порівнянна з великим концертним залом. Однак космос величезний. У масштабах Чумацького Шляху цього пилу набирається колосальна кількість, достатня, щоб впливати на світло, що проходить крізь неї, і навіть брати участь у народженні нових зірок.
А тепер найцікавіше: ці крихітні порошинки — не просто пасивні частинки. Багато з них мають власні, нехай і дуже слабкі, магнітні поля. Звідки вони беруться? Все просто: порошинки складаються з атомів, у яких є заряджені частинки — протони та електрони. До того ж, порошинки часто обертаються. А електричний заряд, що рухається, як ми знаємо ще зі шкільної фізики (дякую Джеймсу Клерку Максвеллу, який зв’язав електрику і магнетизм воєдино!), створює навколо себе магнітне поле.
Так що вся наша Галактика наповнена міріадами мікроскопічних магнітиків, що обертаються, Слабких поодинці, але разом вони створюють загальну, складну картину магнітних полів Чумацького Шляху.
Світло від далеких зірок чи ще більш далеких квазарів подорожує до нас через всю Галактику, пронизуючи на своєму шляху хмари газу та пилу. А світло – це, за своєю суттю, електромагнітна хвиля. У неї є електрична та магнітна складові, які коливаються у певних площинах. Орієнтація цих площин називається поляризацією світла. Уявіть собі хвилю на мотузці: ви можете трусити її вгору-вниз, а можете вправо-вліво. Ось ця спрямованість коливань і є аналогом поляризації.
Коли така світлова хвиля зустрічає на своєму шляху порошинку з її маленьким магнітним полем, відбувається цікава взаємодія. Магнітне поле порошинки (орієнтоване якось по-своєму через її обертання) впливає електромагнітну хвилю. Воно трохи «повертає» площину поляризації світла. Та частина хвилі, чиї коливання збігаються із напрямком поля порошинки, проходить трохи легше, а перпендикулярна — трохи складніше. У результаті загальна орієнтація коливань трохи зміщується.
Читайте також – Знайдено планету, що обертається навколо двох зірок під кутом 90 градусів
Звичайно, ефект від однієї-єдиної порошинки абсолютно нікчемний. Його й помітити неможливо. Але світло йде до нас крізь гігантські відстані, через області простору, заповнені трильйонами та трильйонами таких порошинок. Світлові роки шляху! І на цьому довгому маршруті крихітні повороти площини поляризації накопичуються. Складаючись разом, вони призводять до помітного загального повороту.
Цей ефект — зміна поляризації світла при проходженні через намагнічене середовище — було відкрито ще у ХІХ столітті великим експериментатором Майклом Фарадеєм. Він першим показав, що магнетизм та світло пов’язані. На його честь це явище назвали фарадіївським обертанням, або ефектом Фарадея.
То як же це допомагає астрономам? Дуже просто! Вчені спостерігають за відомими джерелами світла (наприклад, пульсарами або далекими радіогалактиками), розташованими у різних частинах неба. Вони вимірюють поляризацію світла, що приходить від них, і порівнюють її з тією, якою вона повинна була бути спочатку (якби не було пилу і полів). Величина «повороту» — кута фарадіївського обертання — безпосередньо залежить від того, скільки намагніченого пилу зустріло світло на своєму шляху і наскільки сильними були магнітні поля вздовж цього шляху.
Виходить свого роду космічна томографія. Уявіть, що ви просвічуєте Галактику променями з різних точок. Якщо промінь з одного напрямку приходить з сильно повернутою поляризацією, значить, на його шляху було багато пилу або сильних магнітних полів (або те й інше). Якщо з іншого напрямку поворот слабкий — отже, середовище там було «прозоріше» для поляризованого світла.
Збираючи дані щодо тисяч таких променів, спрямованих у різні куточки Чумацького Шляху, астрономи будують тривимірну карту. Вона показує не зірки чи планети, а розподіл міжзоряного пилу і, що ще важливіше, структуру та силу магнітних полів у нашій Галактиці. Це схоже на те, ніби ви намагалися зрозуміти форму і щільність туману, світячи в нього ліхтариком з різних боків і спостерігаючи, як розсіюється світло.
Навіщо взагалі картувати пил та магнітні поля? О, це знання відкриває нам очі на багато процесів у Галактиці! Магнітні поля відіграють колосальну роль:
- Вони впливають рух заряджених частинок, включаючи космічні промені.
- Вони беруть участь у формуванні гігантських молекулярних хмар, у тому числі народжуються зірки.
- Вони допомагають утримувати газ у диску Галактики, впливаючи на її еволюцію.
Розуміння структури цих полів допомагає нам краще зрозуміти, як улаштований і як живе наш Чумацький Шлях.
Так що наступного разу, дивлячись на темне нічне небо, згадайте: там, у цій уявній порожнечі, йде невидимий танець світла, пилу та магнетизму. І завдяки винахідливості вчених та фундаментальним законам фізики цей танець розповідає нам дивовижні історії про наш космічний будинок. Хто б міг подумати, що звичайний пил може бути ключем до таких глибоких таємниць Всесвіту? Наука сповнена сюрпризів!