Исследование структур и механизмов генерации магнитных полей Галактики

• Автор: Степанов, Родион Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Вейвлет-анализ структуры магнитного поля Галактики
1.1 Наблюдение галактического поля
1.2 Фарадеевская мера вращения. Выбор данных
1.3 Интерпретация данных наблюдений. Гипотезы и противоречия
1.4 Двумерное непрерывное вейвлет-преобразование на сфере
1.4.1 Одномерное вейвлет-преобразование. Общие сведения
1.4.2 Обобщение на случай распределения данных на сфере
1.4.3 Тестирование алгоритма
1.5 Вейвлет-анализ фарадеевских мер вращения внегалактических источников
1.5.1 Интерпретация результатов анализа
1.5.2 Вейвлет-анализ низкоширотных источников
1.6 Вейвлет-анализ внутригалактических источников
1.6.1 Алгоритм вейвлет-томографии галактических полей
1.6.2 Тестирование алгоритма
1.6.3 Результаты вейвлет-разложения дисперсионной меры
1.7 Выводы по главе
2 Генерация магнитного поля в галактическом диске, окруженном газовой короной
2.1 Галактическое динамо
2.2 Наблюдаемая поперечная структура Галактики и турбулентный диамагнетизм
2.3 Модель динамо тонкого галактического диска с газовой короной
2.4 Возбуждение квадрупольной моды

2.5 Возбуждение дипольной моды
2.6 Анализ результатов и выводы по главе
3 Винтовое динамо в торе
3.1 Цилиндрическое приближение тороидальной геометрии
3.2 Винтовое динамо в реальных потоках
3.3 Расчет оптимальных параметров канала
3.4 Нестационарное динамо
3.5 Влияние мелкомасштабной турбулентности
3.6 Выводы по главе
4 Заключение
Литература

Введение
Объект исследования и актуальность темы. Магнитное поле нашей Галактики изучается примерно в течение 50 лет, а поля некоторых видимых внешних галактик - 30 лет, но надежные наблюдательные доказательства и теоретические представления о галактическом магнетизме сложились лишь в последние десятилетия. Наибольший интерес у исследователей вызывает наблюдаемое глобальное магнитное поле, т.е. поле с характерным масштабом, сравнимым с размерами самой галактики. Оно играет важную роль в процессе звездообразования, при распространении элементарных частиц и эволюции галактики в целом. Наиболее ярко крупномасштабные галактические поля проявляются в спиральных галактиках, преобладающих во Вселенной над эллиптическими разновидностями. Наша Галактика является типичной спиральной галактикой. Вопросы происхождения, эволюции и пространственного распределения магнитного поля в межзвездной среде наиболее значимы и тесно связаны с исследованием магнитных полей звезд и планет. Возросший интерес к исследованиям космических магнитных полей объясняется, с одной стороны, появлением общедоступных многочисленных данных наблюдений и, с другой - с разработками теории динамо средних полей, которая качественно описывает процесс генерации магнитного поля в проводящей среде и позволяет предсказывать возможные пространственные структуры поля.
С позиции наблюдателя измерение галактического магнитного поля возможно только косвенным путем. Единственным надежным методом обнаружения крупномасштабного магнитного поля является измерение фа-радеевской меры вращения. Этот метод позволяет получить оценку среднего ноля вдоль определенного направления. Для определения структуры галактического магнитного поля необходимо восстановить его по конечному набору таких интегральных оценок. Однако в настоящий момент интерпретация наблюдательных данных сродни искусству. Достоверность и

тральной плоскости, а радиальная - противоположные. Для квадрупольно-го поля симметрия обратна: В2(г) = —В2(—г), Вг(г) — Вг(—г). Согласно теории динамо средних полей [22] азимутальная компонента Вр должна быть асимметричной по отношению к центральной плоскости галактики для дипольного поля и симметричной для квадрупольного.
При визуальном анализе (рис. 1.1) можно говорить лишь о преобладании в галактическом диске поля, направленного азимутально и проходящего слева направо. Однако объективный анализ 11М-данных с целью определения структуры, свойств симметрии и количественных характеристик крупномасштабного поля Галактики предстоит провести с помощью вейвлет-анализа.
На первом этапе было проведено вейвлет-преобразование всех данных основного каталога. Полученный вейвлет-спектр (рис. 1.9) имеет устойчивый по отношению к добавлению данных из дополнительного каталога максимум при масштабе К = 67°, что означает преобладание структуры именно того масштаба, который можно считать глобальным. На плоскости вейвлет-коэффициентов для выделенного масштаба Д (рис.1.10) отчетливо проявляются две пары структур. Первая пара находящаяся на широте Ь — —15° и долготах I = 100° и I = 260°, имеющая значительно большую интенсивность, может рассматриваться как проявление квадруполь-ной симметрии. Однако выше экватора и I < 45°, I > 330° наблюдается след перемежаемой структуры галактического магнитного поля.
Уже отмечалось (см.раз. 1.3), что многочисленные наблюдения за структурой межзвездной среды показывают ее сильную асимметрию условно в верхней и нижней части галактического диска. Для исследования этого вопроса на втором этапе было сделано вейвлет-преобразование ГШ-данных северного и южного полушариев отдельно. Это позволит полностью исключить взаимовлияние источников разных полушариев даже при рассмотрении структур больших масштабов. Полученные вейвлет-спектры (рис.Ш.Ь) показывают, что в южной полусфере содержится крупномасштабная структура Д — 76°, а в северном полушарии преобладает структура среднего масштаба Д = 35°. Распределения вейвлет-коэффициентов для преобладающих масштабов в каждой полусфере сведены на одну вейвлет-