Melkeveis galaksen har sitt eget magnetfelt. Det er ekstremt svakt sammenlignet med jorda; tusenvis av ganger svakere, faktisk. Men astronomer vil vite mer om det på grunn av hva det kan fortelle oss om stjernedannelse, kosmiske stråler og en rekke andre astrofysiske prosesser.
Et team av astronomer fra Curtin University i Australia og CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) har studert Melkeveiens magnetfelt, og de har publisert den mest omfattende katalogen over målinger av Melkeveiens magnetfelt i 3D.
Oppgaven heter tittelen "Lavfrekvent Faraday-rotasjon mot pulsarer ved bruk av LOFAR: sondering av 3D-galaktisk halo-magnetfelt." Den ble publisert i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i april 2019. Hovedforfatteren er Dr. Charlotte Sobey, en universitetsassistent ved Curtin University. Teamet inkluderer forskere fra Canada, Europa og Sør-Afrika.
Teamet jobbet med LOFAR, eller Low-Frequency Array, et europeisk radioteleskop. LOFAR fungerer i radiofrekvenser under 250 MHz og består av mange antenner spredt over et 1500 km område i Europa, med sin kjerne i Nederland.
Teamet samlet den største katalogen til dags dato for styrker og retninger mot magnetfelt mot pulsarer. Med disse dataene i hånden kunne de estimere Melkeveiens synkende feltstyrke med avstand fra planet til galaksen, der spiralarmene er.
I en pressemelding sa hovedforfatter Sobey: "Vi brukte pulsarer for å effektivt undersøke Galaxys magnetfelt i 3D. Pulsarer er distribuert over Melkeveien, og det mellomliggende materialet i Galaxy påvirker deres radiobølgeutslipp. ”
Gratis elektroner og magnetfeltet i vår Galaxy mellom pulsaren og oss påvirker radiobølgene som sendes ut av pulsarene. I et e-postintervju med Dr. Sobey fortalte hun oss: "Selv om disse effektene må korrigeres for å studere pulsarsignalene, er de virkelig nyttige for å gi informasjon om vår Galaxy som ikke ville være mulig å få noe annet."
Når pulsars radiobølger beveger seg gjennom galaksen, er de utsatt for en effekt som kalles spredning, på grunn av mellomliggende frie elektroner. Dette betyr at radiobølger med høyere frekvens ankommer raskere enn bølger med lavere frekvens. Data fra LOFAR lar astronomer måle denne forskjellen, kalt “spredningstiltak” eller DM. DM forteller astronomer hvor mange gratiselektroner som er mellom oss og pulsaren. Hvis DM er høyere, betyr det at enten pulsaren er lenger borte, eller det interstellare mediet er tettere.
Det er bare en av faktorene i målingen av Melkeveiens magnetfelt. Den andre involverer elektrontetthet og magnetfeltet til det interstellare mediet.
Pulsarutslipp er ofte polarisert, og når polarisert lys beveger seg gjennom et plasma med magnetfelt, roterer rotasjonsplanet. Det kalles Faraday Rotation eller Faraday Effect. Radioteleskoper kan måle den rotasjonen, og det kalles Faraday Rotation measure (RM). I følge Dr. Sobey, “Dette forteller oss antall gratis elektroner og styrken til magnetfeltet parallelt med siktlinjen, så vel som nettretningen. Jo større den absolutte RM betyr flere elektroner og / eller større feltstyrker, på grunn av større avstander eller mot Galaxy-planet. ”
Med disse dataene i hånden estimerte forskerne den gjennomsnittlige magnetfeltstyrken til Melkeveien mot hver pulsar i katalogen, ved å dele rotasjonsmålet med spredningstiltaket. Og det er slik de laget kartet. Hver enkelt pulsarmåling er ett punkt på kartet. Som Sobey sa til Space Magazine, "Å oppnå disse målingene for et stort antall pulsarer (som har avstandsmålinger eller estimater) tillater oss å rekonstruere et kart over strukturen til den galaktiske elektrontettheten og magnetfeltet i 3D."
Så hva gjør det for å ha et kart over Melkeveiens magnetiske struktur i 3D?
Galaksens magnetfelt påvirker alle slags astrofysiske prosesser på tvers av forskjellige styrke- og avstandsskalaer.
Magnetfeltet former banen som kosmiske stråler følger. Så når astronomer studerer en fjern kilde til kosmiske stråler, som en aktiv galaktisk kjerne (AGN), kan det å vite styrken til magnetfeltet hjelpe dem å forstå deres gjenstand for studier.
Galaksens magnetfelt spiller også en rolle i stjernedannelsen. Selv om effekten ikke er helt forstått, kan styrken til et magnetfelt påvirke molekylære skyer. Sobey sa til UT, "I mindre skalaer (i størrelsesorden parsecs) spiller magnetiske felt en rolle i stjernedannelse, med et for svakt eller sterkt felt i en molekylær sky som muligens hemmer kollaps av en sky til et stjernesystem."
Denne nye katalogen er basert på observasjoner av 137 pulsarer på den nordlige himmelen. Forfatterne sier at katalogen deres “forbedrer nøyaktigheten av eksisterende RM-målinger i gjennomsnitt med en faktor på 20 ...” De sier også “Totalt sett gir vår opprinnelige lavfrekvenskatalog verdifull informasjon om 3D-strukturen i det galaktiske magnetfeltet.”
Men Dr. Sobey er ikke ferdig med å kartlegge Melkeveiens magnetfeltstyrke ennå. Hun bruker nå Australias Murchison Widefield Array for å kartlegge magnetfeltet på den sørlige himmelen. Og begge disse kartleggingsbestemmelsene fører til noe bedre.
Verdens største radioteleskop er nå i planleggingsfasen. Det kalles Square Kilometer Array (SKA), og det vil bli bygget i både Australia og Sør-Afrika. Mottaksstasjonene vil strekke seg til 3000 kilometer fra den sentrale kjernen. Den enorme størrelsen og avstanden mellom mottakerne vil gi oss våre bilder med høy oppløsning i all astronomi.
I et CSIRO-blogginnlegg sa Dr. Sobey: "Arbeidet mitt i fremtiden vil fokusere på å bygge mot å gjøre vitenskap med SKA-teleskopet, som for øyeblikket er i ferd med å gå inn i de siste stadiene av planleggingsfasen. Et langsiktig mål for SKA-vitenskapen er å revolusjonere vår forståelse av galaksen vår, inkludert å produsere et detaljert kart over galaksenes struktur (som er vanskelig fordi vi befinner oss inne i den!), Spesielt magnetfeltet. "
Melkeveiens magnetfelt har ingen steder å gjemme seg.
Mer:
- Pressemelding: Kartlegge galaksens magnetfelt
- Forskningsartikkel: Lavfrekvente Faraday-rotasjonstiltak mot pulsarer ved bruk av LOFAR: sondering av 3D-galaktisk halo-magnetfelt
- Interaktivt LOFAR-kart
