Kürzlich haben wir uns eine sehr ungewöhnliche Art von Karte angesehen - den Faraday Sky. Wie alle Galaxien hat auch unsere eine magnetische „Persönlichkeit“, aber nur woher diese Felder kommen und wie sie entstehen, ist ein echtes Rätsel. Forscher haben immer einfach angenommen, dass sie durch mechanische Prozesse entstanden sind, wie sie im Erdinneren und in der Sonne ablaufen. Jetzt wird eine neue Studie den Wissenschaftlern ein noch besseres Verständnis der Struktur galaktischer Magnetfelder in unserer gesamten Galaxie vermitteln.
Das Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA) sammelte seine Informationen und stellte sie mit theoretischen Simulationen zusammen, um eine weitere detaillierte Karte des magnetischen Himmels zu erstellen. Dr. Tracy Clarke vom NRL, ein Mitglied des Forschungsteams, erklärt: „Der Schlüssel zur Anwendung dieser neuen Techniken liegt darin, dass dieses Projekt über 30 Forscher mit 26 verschiedenen Projekten und mehr als 41.000 Messungen am Himmel zusammenbringt. Die resultierende Datenbank entspricht dem Auffrischen des gesamten Himmels mit Quellen, die durch einen Winkelabstand von zwei Vollmonden voneinander getrennt sind. “ Diese riesige Datenmenge bietet ein neues "All-Sky" -Look, mit dem Wissenschaftler die magnetische Struktur der Milchstraße bis ins kleinste Detail messen können.
Was ist an dieser Karte so "neu"? Dieses Mal betrachten wir eine Größe namens Faraday-Tiefe - eine Idee, die von einer Sichtlinieninformation abhängt, die auf den Magnetfeldern eingestellt ist. Es wurde durch die Kombination von mehr als 41.000 Einzelmessungen erstellt, die dann mit einer neuen Bildrekonstruktionsmethode kombiniert wurden. In diesem Fall sind alle Forscher am MPA Spezialisten in der neuen Disziplin der Informationsfeldtheorie. Dr. Tracy Clarke, die in der Fernerkundungsabteilung von NRL arbeitet, ist Teil des Teams internationaler Radioastronomen, die die Funkbeobachtungen für die Datenbank bereitgestellt haben. Es ist Magnetismus im großen Stil… und vermittelt selbst kleinste magnetische Merkmale, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die Natur galaktischer Gasturbulenzen besser zu verstehen.
Das Konzept des Faraday-Effekts ist nicht neu. Wissenschaftler haben diese Felder in den letzten anderthalb Jahrhunderten beobachtet und gemessen. Wie wird es gemacht? Wenn polarisiertes Licht durch ein magnetisiertes Medium fällt, kippt die Polarisationsebene… ein Prozess, der als Faraday-Rotation bekannt ist. Das Ausmaß der Drehung zeigt die Richtung und Stärke des Feldes und damit seine Eigenschaften. Polarisiertes Licht wird auch von Funkquellen erzeugt. Durch die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen kann die Faraday-Rotation auch auf diese alternative Weise gemessen werden. Durch die Kombination all dieser einzigartigen Messungen können Forscher Informationen über einen einzelnen Weg durch die Milchstraße erhalten. Um das Gesamtbild weiter zu verbessern, müssen Informationen aus verschiedenen Quellen gesammelt werden - ein Bedarf, der durch 26 verschiedene Beobachtungsprojekte gedeckt wird, die insgesamt 41.330 Einzelmessungen zusammenfassen. Um Ihnen einen Hinweis auf die Größe zu geben, entspricht dies ungefähr einer Funkquelle pro Quadratgrad Himmel!
Trotz dieser Tiefe gibt es immer noch Gebiete am südlichen Himmel, in denen nur wenige Messungen katalogisiert wurden. Um die Lücken zu schließen und eine realistischere Ansicht zu erhalten, müssen Forscher „zwischen den vorhandenen Datenpunkten interpolieren, die sie aufgezeichnet haben“. Diese Art von Daten verursacht jedoch einige Probleme mit der Genauigkeit. Während Sie vielleicht denken, dass die genaueren Messungen den größten Einfluss auf die Karte haben würden, sind sich die Wissenschaftler nicht ganz sicher, wie zuverlässig eine einzelne Messung sein könnte - insbesondere, wenn sie von der Umgebung beeinflusst werden könnte. In diesem Fall sind die genauesten Messungen bei den Zuordnungspunkten nicht immer die höchsten. Wie bei Heisenberg ist mit dem Erhalt von Messungen eine Unsicherheit verbunden, da der Vorgang so komplex ist. Nur ein kleiner Fehler kann zu einer großen Verzerrung des Karteninhalts führen.
Dank eines von der MPA entwickelten Algorithmus können Wissenschaftler diese Art von Schwierigkeiten beim Zusammenstellen der Bilder mit Zuversicht bewältigen. Der Algorithmus, der als "erweiterter kritischer Filter" bezeichnet wird, verwendet Werkzeuge aus neuen Disziplinen, die als Informationsfeldtheorie bekannt sind - eine logische und statistische Methode, die auf Felder angewendet wird. Bisher hat es sich als wirksame Methode zur Beseitigung von Fehlern erwiesen und sich sogar als Vorteil für andere wissenschaftliche Bereiche wie Medizin oder Geographie für eine Reihe von Bild- und Signalverarbeitungsanwendungen erwiesen.
Obwohl diese neue Karte ein großartiger Assistent für das Studium unserer eigenen Galaxie ist, wird sie Forschern, die auch extragalaktische Magnetfelder untersuchen, den Weg ebnen. Da die Zukunft neue Arten von Radioteleskopen wie LOFAR, eVLA, ASKAP, MeerKAT und SKA bietet, wird die Karte eine wichtige Quelle für Messungen des Faraday-Effekts sein, sodass Wissenschaftler das Bild aktualisieren und unser Verständnis der Herkunft von verbessern können galaktische Magnetfelder.
Originalgeschichte Quelle: Naval Research Laboratory News.
