• Nie Znaleziono Wyników

POLE MAGNETYCZNE A BUDOWA SPIRALNA

W dokumencie Postępy Astronomii nr 4/1960 (Stron 87-91)

S. GRZęDZIELSKI

Z rozum ienie powstawania i trw ałości ramion s p ir a ln y c h napotyka w ciąż b a r ­ dzo znaczne t r u d n o ś c i. Główną przyczyną je st różniczkowa r o t a c ja g a lak tyczn a powodująca w ielokrotne o w ija n ie s ię ramion wokół środka G a lak ty k i w c z a s ie krrćfc szym od przypuszczaln ego wieku systemu g a la k ty c zn e g o . Ja k z w r ó o il i na to uwagę niedawno P r e n d e r g a s t i B u r b r i d g e [ l ] trwałe is t n i e n i e ta ­ k ic h ramion ja k ie obserwujemy u w ię k s zo ś c i g alak ty k s p ir a ln y c h (t z n . ramion o stosunkowo n ie d u ż e j i l o ś c i zwojów) n ie dop uszcza równoczesnego zach od zen ia t r z e c h , zdawałoby s i ę , rozsądny ch i natu ralny ch za ł o ż e ń :

1 . pozostaw ania m a t e r ii w ram ieniu spira lnym ,

2 . kołowośoi prędkości r o t a c j i (z wyjątkiem obszarów w p o b liżu ś r o d k a ), 3 . n ie z a l e ż n o ś c i kołowych prędkości r o t a c j i od c z a s u .

Trwałośó ram ienia s p ir a ln e g o mogłaby byó zachow ana, gdyby m ateria z n a jd u ją ­ ca s ię w ram ieniu n ie b r a ł a u d z ia ł u w ró żniczkow ej r o t a o jl g a l a k t y c z n e j. Jes t to Jednak trudne do p r z y ję o l a zarówno ze względów obserw acyjnych, Jak 1 teo re­ ty czn ych .

Próbę w y jśo la z tych tru dn ości p o d ję l i osta tn io H o y l e l l r e l a n d [ 2 ] . Podstawowym ic h założeniem Jest p r z y ję c ie , że pole magnetyczne na począt­ k u , t z n . w momenole formowania s ię G a l a k t y k i, było m niej w ięc ej jednorodne 1 l e ­ żało w p ł as zc zy ź n ie równikowej systemu ga laktycznego przechodząc przez Jego śro d ek . Na drodze numerycznej p r z e ś l e d z i l i oni d a le j ew oluuję poozątkowo pro­ s to lin io w y ch l i n i i s i ł , zachodzącą pod wpływem ró żn iczk ow ej r o ta c ji.K o lejn e e t a ­ py o w ija n ia s ię l i n i i s i ł wokół środka przedstaw io ne są na r y s . 1 . Odpowiadają one k o lejn o momentom późniejszym o s t o , d w ie ś c ie , t r z y s t a 1 c z te r y s ta milionów la t od momentu początkowego. Krzywa z a le ż n o ś c i prędkości r o t a o jl od środka Ga­ l a k t y k i u żyta przez autorów w tych o b l ic z e n ia c h n ie u w zg lę d n ia ła Isto tn y c h od­ chyleń od kołowoścl ruchów w centralnych c z ę ś c ia c h . Nie zm ien ia to oczyw iście Jakośolowyoh r e z u lta tó w , zw łaszc za ż e .o d n o s z ą s ię one przede wszystkim do ob­ szarów znao enle od Jądra oddalonych.

Ja k wldaó z powyższego rysunku llo ś ó zwojów rośnie lin io w o z czasem . Jest rzeo zą godną u w a g i, te po czter y s tu m ilio n a ch la t llośó powstałyoh zwojów odpo­ w iada l l o ś o l zwojów id en ty fiko w an y ch osta tnio przez U i 1 1 s a [3] w naszym system ie galaktycznym na podstawie o b serw acji rozkładu radiowego św ie c en ia nie- term io zneg o. J e ż e lib y wlęo o w ija n ie s ię l i n i i s i ł wokół środka następowało przaz okres 1 0 ’° l a t , to a k tu a ln a llośó zwojów powinna byó o czy n n ik 2 5 w ię k s za od ob­ serwowanej.

266 Z literatury naukowej

ramion spiralnych wokół środka odpowiada zwiększaniu długości linii sił a za­ tem zwiększaniu gęstości energii 1 ciśnienia magnetyoziiego. Według bardzo przy­ bliżonych oszacowań ciśnienie magnetyczne w okresie czasu 5 x 1 0 6 lat wzrośnie na tyle, że będzie V» stanie skompensować prostopadłą do płaszczyzny Galaktyki

Rys. 1. Owijanie się linii sił wokół środka Galaktyki wywołane różniczkową ro­ tacją. Zakłada się, że w momencie początkowym linie sił były prostoliniowi le­ żały w płaszczyźnie równika Galaktyki przechodząc przez jej środek.Stan po 400

Z literatury naukowej 267

składową siły przyciągania grawitacyjnego. Oznacza to, że gaz w ramionach spi­ ralnych będzie miał tendencję do ekspansji w kierunku prostopadłym do płasz­ czyzny równika. Tendencja ta będzie szczególnie silnie wyrażona w obszarach 0 gęstości mniejszej od gęstości średniej (np. na skutek przypadkowych fluktua­ cji), tam bowiem bilans sił ciężkości 1 siły ciśnienia magnetycznego będzie ą>e- cjalnie dla ekspansji korzystny. Doprowadzi to w tych obszarach do oderwania się linii sił od płaszczyzny równika. Gaz związany z systemem linii sił będzie teraz spływał wzdłuż tych linii na dół, powodując dalsze zmniejszenie gęstości 1 Jeszcze szybszy ruch linii sił ku górze. V/ rezultacie długie łuki linii sił pola w ramionach spiralnych mogą zostaó wypchnięte poza płaszczyznę równikową. H o y l e 1. I r e l a n d przypuszczają, że w Galaktyce istnieje stan sta­ cjonarny: ilośó zwojów powstających w Jednostce czasu na skutek różniczkowej ro­ tacji równa się ilości zwojów wypychanych ku górze; w ten sposób pragną oni utrzymywaó ilośó zwojów na poziomie żądanym przez obserwacje.

Propozycja H o y l e a i I r e l a n d a pociąga za sobą pewne dal­ sze interesujące konsekwencje. Po pierwsze, linie sił wypchnięte poza płaszczy­ znę równika galaktycznego mogą by6 źródłem hipotetycznego pola magnetycznego w gazowej koronie Galaktyki. Po drugie, energia kinetyczna gazu spływająceg) do płaszczyzny równika wzdłuż wznoszących się linii sił, może kompensowaó straty energii kinetycznej makroskopowych ruchów gazu wynikające z różnych procesów dyspacjl. Oczywiście ilośó energii w ten sposób uzyskiwana na Jednostkę czasu nie może byó większa od pracy wykonywanej w Jednostce czasu przez rotację róż­ niczkową nad polami magnetycznymi Galaktyki. W założeniu, że natężenie pola Jest rzędu 10 5 gaussów uzyskuje się w ten sposób 10 !7erg/cm3 sek. A takie wła­ śnie tempo utraty energii uzyskuje się z analizy rozmaitych procesów dysypacji. Tak więc w zrozumieniu H o y l e ’ a 1 I r e l a n d a różniczkowa rotacja galaktyczna miałaby byó głównym rezerwuarem energii makroskopowych ruchów ga­ zu. Jest to opinia raczej odosobniona: na ogół przyjmuje się, że źródłem ener­ gii kinetycznej ruchów gazu jest ekspansja obszarów H II wokół nowonarodzonych gwiazd wczesnych typów, a zatem w ostatniej instancji - energia procesów jądro

-27 a wych w gwiazdach Uzyskuje się wówczas również dopływ energii rzędu 10 eigfcm s&u

Sprawa jest więc dyskusyjna, zwłaszcza że otrzymana przez H o y 1 e* a i I r e ­ l a n d a zgodnośó tempa przypływu z tempem utraty energii Jest niezbyt prze­ konywująca: ze względu na znaczną niepewność oszacowań pola magnetycznegow ra­ mionach spiralnych i zależnośó energii magnetycznej od kwadratu natężenia po­ la równie dobrze można uzyskaó tempo przypływu o czynnik 10 mniejszy.

I wreszcie ostatnia konsekwencja. Jeżeli system ramion spiralnych Galakty­ ki raa tracló poszczególne zwoje, to pozostające w płaszczyźnie równika fragmen­ ty nie powinny tworzyó cląęłej struktury ramienia dającej się prześledzló od środka aż do peryferii, lecz raczej zespół nie powiązanych ze sobą łuków.Isto­ tnie, obserwacje rozkładu neutralnego wodoru w naszej Galaktyce wykazują (przy­ najmniej w chwili obecnej) większe podobieństwo do systemu łuków niż do obrazu ciągłego ramienia spiralnego. Inaczej ma się jednak sprawa w innych systemach spiralnych gdzie na ogół obserwuje się dwa lub trzy długie ramiona,co prawda od­ noszące się do rozkładu gwiazd wczesnyoh typów a nie bezpośrednio neutralnego wodoru. H o y l e i I r e l a n d bronią swojej koncepcji wypowiadając przy­

puszczenie, że istnienie długich, ciągłych ramion Jest złudzeniem wynikłyn z ten­ dencji oka ludzkiego do łąozenia poszozególnych łuków na kliszy na dłuższe ze­ społy.

268 Z literatury naukowej

LITERATURA

[1] K .H . P r e n d e r g a s t , G .R . B u r f c r l d g e , A p .J . 1_31, 2 4 3 ,1 9 6 0 . [2 ] F. H o y 1 e, J .G . I r e l a n d , . M .N. 120, 173, 1960.

KRONIKA

NIEKTÓRE R E ZU LTA TY OPRACOWANIA ORSERWACJI

W dokumencie Postępy Astronomii nr 4/1960 (Stron 87-91)

Powiązane dokumenty