Die Milchstraße hat ein eigenes Magnetfeld. Es ist extrem schwach im Vergleich zu denen auf der Erde. Tausende Male schwächer in der Tat. Aber Astronomen wollen mehr darüber wissen, weil es uns etwas über Sternentstehung, kosmische Strahlung und eine Vielzahl anderer astrophysikalischer Prozesse sagen kann.
Ein Team von Astronomen der Curtin University in Australien und CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) haben das Magnetfeld der Milchstraße untersucht und den umfassendsten Katalog von Messungen des Magnetfelds der Milchstraße in 3D veröffentlicht.
Das Papier trägt den Titel „Niederfrequenz-Faraday-Rotationsmessungen in Richtung Pulsare mit LOFAR: Untersuchung des galaktischen 3D-Halo-Magnetfelds“. Es wurde im April 2019 in Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlicht. Die Hauptautorin ist Dr. Charlotte Sobey, eine Universitätsmitarbeiterin an der Curtin University. Das Team besteht aus Wissenschaftlern aus Kanada, Europa und Südafrika.
Das Team arbeitete mit LOFAR oder dem Low-Frequency Array, einem europäischen Radioteleskop. LOFAR arbeitet mit Funkfrequenzen unter 250 MHz und besteht aus vielen Antennen, die sich über ein Gebiet von 1500 km in Europa erstrecken und dessen Kern in den Niederlanden liegt.
Das Team stellte den bislang größten Katalog mit Magnetfeldstärken und Richtungen zu Pulsaren zusammen. Mit diesen Daten konnten sie die abnehmende Feldstärke der Milchstraße mit der Entfernung von der Ebene der Galaxie, in der sich die Spiralarme befinden, abschätzen.
In einer Pressemitteilung sagte der Hauptautor Sobey: „Wir haben Pulsare verwendet, um das Magnetfeld der Galaxie in 3D effizient zu untersuchen. Pulsare sind in der Milchstraße verteilt, und das dazwischenliegende Material in der Galaxie beeinflusst ihre Funkwellenemission. “
Freie Elektronen und das Magnetfeld in unserer Galaxie zwischen dem Pulsar und uns beeinflussen die von den Pulsaren emittierten Radiowellen. In einem E-Mail-Interview mit Dr. Sobey sagte sie zu uns: "Obwohl diese Effekte korrigiert werden müssen, um die Signale der Pulsare zu untersuchen, sind sie wirklich nützlich, um Informationen über unsere Galaxie bereitzustellen, die sonst nicht erhältlich wären."
Während sich die Radiowellen des Pulsars durch die Galaxie bewegen, unterliegen sie aufgrund intervenierender freier Elektronen einem Effekt, der als Dispersion bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass höherfrequente Funkwellen früher ankommen als niederfrequente Wellen. Mit Daten von LOFAR können Astronomen diesen Unterschied messen, der als „Dispersionsmaß“ oder DM bezeichnet wird. DM sagt Astronomen, wie viele freie Elektronen sich zwischen uns und dem Pulsar befinden. Wenn der DM höher ist, bedeutet dies, dass entweder der Pulsar weiter entfernt ist oder das interstellare Medium dichter ist.
Dies ist nur einer der Faktoren bei der Messung des Magnetfelds der Milchstraße. Die andere betrifft die Elektronendichte und das Magnetfeld des interstellaren Mediums.
Pulsaremissionen sind häufig polarisiert, und wenn polarisiertes Licht mit einem Magnetfeld durch ein Plasma wandert, dreht sich die Rotationsebene. Dies wird als Faraday-Rotation oder Faraday-Effekt bezeichnet. Radioteleskope können diese Rotation messen und werden als Faraday-Rotationsmaß (RM) bezeichnet. Dr. Sobey: „Dies gibt Auskunft über die Anzahl der freien Elektronen und die Stärke des Magnetfelds parallel zur Sichtlinie sowie über die Nettorichtung. Je größer der absolute RM ist, desto mehr Elektronen und / oder größere Feldstärken entstehen aufgrund größerer Entfernungen oder in Richtung der Ebene der Galaxie. “
Mit diesen Daten schätzten die Forscher dann die durchschnittliche Magnetfeldstärke der Milchstraße zu jedem Pulsar im Katalog, indem sie das Rotationsmaß durch das Dispersionsmaß dividierten. Und so haben sie die Karte erstellt. Jede einzelne Pulsarmessung ist ein Punkt auf der Karte. Dr. Sobey sagte gegenüber dem Space Magazine: "Wenn wir diese Messungen für eine große Anzahl von Pulsaren (mit Entfernungsmessungen oder Schätzungen) erhalten, können wir eine Karte der Struktur der galaktischen Elektronendichte und des Magnetfelds in 3D rekonstruieren."
Was nützt es also, eine Karte der magnetischen Struktur der Milchstraße in 3D zu haben?
Das Magnetfeld der Galaxie beeinflusst alle Arten von astrophysikalischen Prozessen auf verschiedenen Stärke- und Entfernungsskalen.
Das Magnetfeld formt den Weg, dem kosmische Strahlen folgen. Wenn Astronomen eine entfernte Quelle kosmischer Strahlung wie einen aktiven galaktischen Kern (AGN) untersuchen, kann die Kenntnis der Stärke des Magnetfelds ihnen helfen, ihr Untersuchungsobjekt zu verstehen.
Das Magnetfeld der Galaxie spielt auch eine Rolle bei der Sternentstehung. Obwohl der Effekt nicht vollständig verstanden ist, kann die Stärke eines Magnetfelds Molekülwolken beeinflussen. Sobey sagte gegenüber UT: "In kleineren Maßstäben (in der Größenordnung von Parsec) spielen Magnetfelder eine Rolle bei der Sternentstehung, wobei ein zu schwaches oder starkes Feld in einer Molekülwolke möglicherweise den Zusammenbruch einer Wolke in ein Sternensystem hemmt."
Dieser neue Katalog basiert auf Beobachtungen von 137 Pulsaren am Nordhimmel. Die Autoren sagen, dass ihr Katalog „die Genauigkeit bestehender RM-Messungen im Durchschnitt um den Faktor 20 verbessert…“. Sie sagen auch: „Insgesamt liefert unser erster Niederfrequenzkatalog wertvolle Informationen über die 3D-Struktur des galaktischen Magnetfelds.“
Dr. Sobey ist jedoch noch nicht mit der Kartierung der Magnetfeldstärke der Milchstraße fertig. Sie verwendet jetzt das australische Murchison Widefield Array, um das Magnetfeld am südlichen Himmel abzubilden. Und diese beiden Mapping-Bemühungen führen zu etwas Besserem.
Das weltweit größte Radioteleskop befindet sich derzeit in der Planungsphase. Es heißt Square Kilometer Array (SKA) und wird sowohl in Australien als auch in Südafrika gebaut. Die Empfangsstationen erstrecken sich bis zu 3.000 Kilometer vom zentralen Kern entfernt. Die enorme Größe und Entfernung zwischen den Empfängern liefert uns Bilder mit der höchsten Auflösung in der gesamten Astronomie.
In einem CSIRO-Blogbeitrag sagte Dr. Sobey: „Meine zukünftige Arbeit wird sich darauf konzentrieren, mit dem SKA-Teleskop, das sich derzeit in der Endphase der Planungsphase befindet, auf Wissenschaft hinzuarbeiten. Ein langfristiges Ziel der SKA-Wissenschaft ist es, unser Verständnis unserer Galaxie zu revolutionieren, einschließlich der Erstellung einer detaillierten Karte der Struktur unserer Galaxie (was schwierig ist, weil wir uns darin befinden!), Insbesondere ihres Magnetfelds. "
Das Magnetfeld der Milchstraße kann sich nirgendwo verstecken.
Mehr:
- Pressemitteilung: Kartierung des Magnetfelds unserer Galaxie
- Forschungsbericht: Niederfrequenz-Faraday-Rotationsmessungen in Richtung Pulsare mit LOFAR: Untersuchung des galaktischen 3D-Halo-Magnetfelds
- Interaktive LOFAR-Karte
