WIE SPIRALGALAXIEN IHRE FORM BEKOMMEN

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Spiralgalaxien sind eine Ikone. Sie werden in Produktlogos und an vielen anderen Orten verwendet. Wir leben sogar in einem. Und obwohl es offensichtlich erscheint, wie sie durch Drehen ihre Form erhalten, ist dies nicht der Fall.

Wissenschaftler sind immer noch verwirrt über Spiralgalaxien und wie sie mit eleganten Armen voller Sterne ihre Form erreichen. Astronomen, die mit SOFIA, dem Stratosphärischen Observatorium für Infrarotastronomie, zusammenarbeiten, untersuchen, welche Rolle Magnetfelder bei der Beobachtung anderer Spiralgalaxien als unserer eigenen spielen. Kürzlich beobachteten SOFIA-Wissenschaftler die M77-Galaxie, auch bekannt als NGC 1068, und präsentierten ihre Ergebnisse in einer neuen Studie.

Die neue Studie trägt den Titel „SOFIA / HAWC + verfolgt die Magnetfelder in NGC 1068“ und wird im Astrophysical Journal veröffentlicht. Der Hauptautor ist Enrique Lopez-Rodriguez, Wissenschaftler an der Universities Space Research Association am SOFIA Science Center des Ames Research Center der NASA.

"Magnetfelder sind unsichtbar, können aber die Entwicklung einer Galaxie beeinflussen", sagte Lopez-Rodriguez in einer Pressemitteilung. "Wir haben ein ziemlich gutes Verständnis dafür, wie sich die Schwerkraft auf galaktische Strukturen auswirkt, aber wir lernen gerade erst, welche Rolle Magnetfelder spielen."

M77 ist eine Spiralgalaxie, die etwa 47 Millionen Lichtjahre entfernt ist. Es ist eine vergitterte Spiralgalaxie, obwohl der Balken nicht im sichtbaren Licht zu sehen ist. Es hat einen aktiven galaktischen Kern, der auch im sichtbaren Licht nicht zu sehen ist, und es beherbergt ein supermassives Schwarzes Loch (SMBH), das doppelt so massereich ist wie Sgr A *, das SMBH im Zentrum der Milchstraße. M77 ist größer als die Milchstraße: Der Radius beträgt etwa 85.000 Lichtjahre und die Milchstraße etwa 53.000. M77 hat ungefähr 300 Milliarden Sterne, während die Milchstraße zwischen 250 Milliarden und 400 Milliarden hat.

M 77 ist die nächste großartige Spiralgalaxie mit einem hellen aktiven galaktischen Kern (AGN) und einem leuchtenden zirkumnuklearen Starburst.

Die Spiralarme des M 77 sind voll von Bereichen intensiver Sternentstehung, die als Starbursts bezeichnet werden. Unsichtbare Magnetfeldlinien folgen eng den Spiralarmen, obwohl unsere Augen sie nicht sehen können. Aber SOFIA kann und ihre Existenz unterstützt eine weit verbreitete Theorie, die erklärt, wie diese Waffen ihre Form bekommen. Es heißt "Dichtewellentheorie".

Bevor die Dichtewellentheorie Mitte der 1960er Jahre entwickelt wurde, gab es Probleme, Spiralarme in einer Galaxie zu erklären. Nach dem „Wicklungsproblem“ würden die Spiralarme bereits nach wenigen Umlaufbahnen verschwinden und vom Rest der Galaxie nicht mehr zu unterscheiden sein.

Hier ist ein kurzes Video, das das Wicklungsproblem zeigt.

Die Dichtewellentheorie besagt, dass die Arme selbst von den Sternen und dem Gas und Staub getrennt sind, die sich durch die Dichtewellen bewegen. Die Arme sind der sichtbare Teil der Dichtewellen selbst, und die Sterne bewegen sich in die Wellen hinein und aus ihnen heraus. Die Arme sind also keine dauerhaften Strukturen aus Sternen, obwohl es so aussieht.

Hier ist ein kurzes Video, das zeigt, wie Dichtewellen Spiralarme in Galaxien erzeugen.

SOFIA-Beobachtungen zeigen, dass sich die Magnetfeldlinien über die Arme erstrecken, eine Entfernung von 24.000 Lichtjahren. Laut der Studie komprimieren Gravitationskräfte, die zur Entstehung der Spiralform der Galaxie beigetragen haben, die Magnetfelder, was die Dichtewellentheorie unterstützt.

"Dies ist das erste Mal, dass wir Magnetfelder in so großen Maßstäben mit der aktuellen Sterngeburt in den Spiralarmen ausrichten", sagte Lopez-Rodriquez. "Es ist immer aufregend, Beobachtungsergebnisse zu haben, die Theorien stützen."

Magnetfeldlinien in Galaxien sind sehr schwer zu beobachten, und das neueste Instrument von SOFIA macht es möglich. Es heißt HAWC + oder die hochauflösende Airborne Wideband Camera-Plus. HAWC + arbeitet im fernen Infrarot, um Staubkörner zu beobachten, die in M77 senkrecht zu den Magnetfeldlinien ausgerichtet sind. Dadurch können Astronomen auf die Form und Richtung des zugrunde liegenden Magnetfelds schließen.

In M 77 gibt es viele potenzielle Interferenzen, wie gestreutes sichtbares Licht und Strahlung von energiereichen Partikeln, aber das ferne Infrarot wird von diesen nicht beeinflusst. Die Fähigkeit von SOFIA, in der Wellenlänge von 89 Mikron zu sehen, ermöglicht es, die Staubkörner klar zu sehen. HAWC + ist auch ein bildgebendes Polarimeter, ein Gerät, das polarisierte elektromagnetische Energie misst und interpretiert.

Diese Studie befasst sich nur mit einer einzelnen Spiralarmgalaxie, daher muss noch mehr Arbeit geleistet werden. Es ist unklar, wie Magnetfeldlinien eine Rolle bei der Struktur anderer Galaxien spielen könnten, einschließlich Unregelmäßigkeiten. Aber es sieht so aus, als hätte dieses Team eine Methode entwickelt, um diese Galaxien zu untersuchen.

Am Ende ihrer Arbeit heißt es: „Die hier vorgestellten Ergebnisse liefern zusammen mit unseren früheren Studien zu M 82 und NGC 253 (Jones et al. 2019) den Beweis, dass die FIR-Polarimetrie (Ferninfrarot) ein wertvolles Werkzeug sein kann zur Untersuchung der Magnetfeldstruktur in externen Galaxien, insbesondere in Regionen mit hoher optischer Tiefe. “