Фарадей, пыль и миллионы лет света: как старые идеи становятся новым инструментом астрономии

Кто бы мог подумать, что магнитные поля могут быть такими полезными? Астрономы научились использовать их, чтобы исследовать нашу галактическую «окрестность» внутри Млечного Пути с помощью явления, известного как вращение Фарадея.

Всё начинается с пыли. Самой обычной межзвёздной пыли — мельчайших частиц, рассеянных по галактике. На первый взгляд её ничтожно мало, но пространство между звёздами настолько огромное, что в сумме эта пыль может серьёзно повлиять на то, что мы видим. Интересно, что каждая пылинка обладает собственным микроскопическим магнитным полем. Это связано с тем, что пылинки состоят из заряженных частиц, которые вращаются — и создают тем самым магнитное поле.

Когда свет от далёких объектов проходит сквозь эту пыль, он взаимодействует с её магнитными полями. А свет, как мы знаем со времён шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла, — это электромагнитная волна, то есть колебания электрических и магнитных полей. Эти поля могут воздействовать друг на друга: изменение одного вызывает изменение другого.

И вот происходит тонкий эффект. Когда электромагнитная волна — то есть свет — сталкивается с магнитным полем пылинки, она немного искажается. Точнее, её поляризация меняется. Это значит, что направление колебаний световой волны сдвигается. Одна компонента волны усиливается, другая — подавляется, в зависимости от ориентации магнитного поля пылинки.

На одной пылинке такой эффект почти незаметен. Но если свет проходит через огромное количество пыли, путешествуя тысячи световых лет, этот сдвиг становится измеримым. И именно это называют вращением Фарадея — в честь Майкла Фарадея, который первым показал, что магнитное поле может влиять на свет.

Теперь астрономы используют вращение Фарадея как инструмент. Смотря на яркие источники света в разных направлениях, они могут определить, где в галактике пыли больше, а где меньше. Это похоже на то, как если бы вы светили фонариком в туман: по тому, насколько сильно рассеян свет, можно понять, где туман густой, а где — редкий.

Таким образом, с помощью обычной межзвёздной пыли и тонкого взаимодействия света с магнитными полями, мы получаем карту нашей галактики. Карта, нарисованная не краской, а светом, магнитными полями и временем.