Pergunte a Ethan # 65: Magnetismo de longe
Crédito da imagem: ESO / L. Calçada.
É difícil o suficiente para medir aqui na Terra, então como medimos o magnetismo para o nosso Sol, as estrelas e até galáxias distantes?
Nada é maravilhoso demais para ser verdade, se for consistente com as leis da natureza.
– Michael Faraday
É o fim da semana, e não apenas hora de outro Ask Ethan, mas hora de dar outro Calendário de 2015 Anos no Espaço para o remetente sortudo cuja pergunta é escolhida! dei uma olhada no seu perguntas e sugestões (e houve muitos bons), mas os parabéns estão em ordem para Forbes Hirsch, que pergunta:
[Como podemos medir propriedades magnéticas à distância? Isso geralmente surge em relação ao Sol, com declinações norte ou sul, forças, etc. Como podemos “sentir” forças magnéticas a tais distâncias?
Vamos começar considerando o que fazemos aqui na Terra.
Crédito da imagem: usuário do flickr Tweek , via usuário do Wikimedia Commons Edward.
Os campos magnéticos, por si só, não deixam nenhuma assinatura visível ou discernível. É apenas por causa de seus efeitos sobre as coisas que Faz respondem a campos magnéticos, sejam materiais que são magnetizados ou magnetizáveis, ou partículas eletricamente carregadas que se movem através deles, de modo que podemos ver evidências de sua existência.
Crédito da imagem: Alexander Wilmer Duff, 1916.
O exemplo acima – de uma substância ferromagnética (como o ferro) alinhando-se ao longo das linhas do campo magnético – é provavelmente a maneira mais comum de ver e visualizar campos magnéticos. Você pode pensar que um método como este seria completamente impraticável quando se trata de astrofísica, já que não é como se você pudesse pegar material, soltá-lo em uma estrela e apenas traçar linhas de campo magnético.
Ou você pode?
https://www.youtube.com/watch?v=6F3pDa7UKAk
Vocês tipo de posso! O Sol, lembre-se, é um plasma ionizado, com elétrons carregados negativamente e núcleos e íons carregados positivamente na fotosfera. O que acontece quando um campo magnético atua sobre essas partículas carregadas com massas muito diferentes é que a pressão aumenta em vários pontos onde o campo é mais forte, e isso causa uma ejeção de material do Sol. Isso pode se manifestar como a visão familiar de manchas solares e laços coronais.
Crédito da imagem: NASA / Transition Region And Coronal Explorer (TRACE).
Partículas carregadas se curvam na presença de um campo magnético, e o interior do Sol tem um campo magnético muito torcido por dentro, algo que fica evidente nas imagens tiradas acima da superfície do Sol.
Além disso, não é só o Sol que dá evidência de um campo magnético, e não é apenas a imagem direta de partículas carregadas que nos permite saber que uma está presente. Existe um efeito maravilhoso chamado Efeito Zeeman, onde partículas que normalmente têm uma única linha de absorção (em um determinado comprimento de onda) têm esse recurso de absorção dividir em várias linhas diferentes graças à presença de um campo magnético. Ao medir as linhas de absorção, seus comprimentos de onda e sua divisão, e compará-las com as assinaturas do quadro de repouso, podemos não apenas reconstruir a rapidez com que a estrela está se movendo ou girando, mas também mapeando seu campo magnético.
Crédito das imagens: Mapa da estrela SU Aurigae (L), via Pascalou pequeno ; Efeito Zeeman (R), de Pieter Zeeman, 1896.
Nos casos em que tais medições estão além de nossas capacidades, ainda há esperança. Também podemos procurar fluxos de partículas aceleradas saindo de vários objetos astrofísicos – como estrelas, anãs brancas, estrelas de nêutrons, buracos negros e até galáxias ativas – e extrapolar o que deve estar acontecendo do ponto de vista do magnetismo.
Crédito da imagem: ESO/WFI (óptico); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submilimétrico); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (Raio X).
Mas e as galáxias distantes que não são necessariamente ativas? Acredite ou não, podemos até mapear deles campos magnéticos aproveitando o simples fato de que a própria luz é uma onda eletromagnética e, portanto, responde à presença de campos magnéticos.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons DrBob .
Em particular, há um efeito conhecido como Rotação de Faraday , onde os elétrons livres em um campo magnético interestelar fazem com que a luz se torne circularmente polarizada por uma quantidade específica. Embora existam muitas variáveis, como a densidade eletrônica e a magnitude do campo magnético, há uma dependência muito simples desse efeito no comprimento de onda da luz. Então, tudo o que você precisa fazer é apontar para longe de uma galáxia, medir como a luz de fundo de muitas frequências diferentes se comporta, depois se mover progressivamente pela galáxia fazendo as mesmas medidas e percorrer toda a galáxia até o outro tamanho.
No final, você terá uma medida de como a luz gira devido ao efeito Faraday e, se reconstruir a densidade de elétrons livres, também poderá fazer um mapa do campo magnético da galáxia!
Crédito da imagem: MPIfR (R. Beck) e Newcastle University (A. Fletcher), via http://www.mpifr-bonn.mpg.de/research/fundamental/cosmag .
Por exemplo, conseguimos mapear o campo magnético da Galáxia do Redemoinho, M51, graças às ondas de rádio de longo comprimento de onda provenientes dela e à rotação de Faraday dessas ondas.
Mas em um desenvolvimento recente incrível, também conseguimos fazer mapas incrivelmente precisos do campo magnético em nosso ter galáxia.
Crédito da imagem: Alyssa Goodman / Dan Clemens da CfA / Harvard, via https://www.cfa.harvard.edu/~agoodman/m4/m4_99.html .
Normalmente, aprender qualquer coisa sobre nossa galáxia é extremamente difícil devido à nossa presença nela, mas pela primeira vez – para mapear o campo magnético – nossa presença dentro dela é realmente uma benção, porque estamos mais próximos e podemos vê-la com mais detalhes de lado de dentro! (Além disso, grande parte da galáxia é transparente para os comprimentos de onda que usamos, o que também ajuda.)
Na verdade, a Agência Espacial Europeia acaba de lançar o maior mapa do campo magnético da galáxia no início deste ano!
Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck.
Ainda mais impressionante? Eles divulgaram imagens estáticas dos detalhes desse campo magnético, com os pontos quentes e frios do fundo de micro-ondas sobrepostos a ele. Confira a imponência!
Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck.
Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck.
Então, Forbes, embora não possamos medir o magnetismo diretamente, estamos bem cientes de seus efeitos sobre partículas carregadas, linhas espectrais de absorção e polarização de fótons, e podemos usar essa informação para reconstruir os campos magnéticos de qualquer objeto astrofísico em o Universo, do Sol às estrelas até uma galáxia distante!
Fique de olho em um e-mail meu para que possamos enviar sua agenda e, se você quiser concorrer, envie seu dúvidas e sugestões junto com como entrar em contato com você , e não apenas o próximo Ask Ethan pode ser seu, mas um Calendário de 2015 Anos no Espaço , também!
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