HVORDAN SPIRALGALAKSER FåR SIN FORM

Send

Spiralgalakser er en ikonisk form. De brukes i produktlogoer og alle slags andre steder. Vi lever til og med i ett. Og selv om det kan virke ganske åpenbart hvordan de får sin form, ved å rotere, er det ikke tilfelle.

Forskere er fortsatt forundret over spiralgalakser, og hvordan de får sin form, med elegante armer fulle av stjerner. Astronomer som arbeider med SOFIA, det stratosfæriske observatorium for infrarød astronomi, studerer hvilken rolle magnetiske felt spiller ved å observere andre spiralgalakser enn vår egen. Nylig observerte SOFIA-forskere M77-galaksen, også kjent som NGC 1068, og presenterte resultatene i en ny studie.

Den nye studien har tittelen “SOFIA / HAWC + sporer magnetfeltene i NGC 1068” og vil bli publisert i Astrophysical Journal. Hovedforfatteren er Enrique Lopez-Rodriguez, forsker ved Universitetsrommet for forskningsforening ved SOFIA Science Center ved NASAs Ames Research Center.

"Magnetiske felt er usynlige, men de kan påvirke utviklingen av en galakse," sa Lopez-Rodriguez i en pressemelding. "Vi har en ganske god forståelse av hvordan tyngdekraften påvirker galaktiske strukturer, men vi begynner akkurat å lære hvilken rolle magnetiske felt spiller."

M77 er en spiralgalakse omtrent 47 millioner lysår unna. Det er en hindret spiralgalakse, selv om baren ikke kan sees i synlig lys. Den har en aktiv galaktisk kjerne, heller ikke sett i synlig lys, og den har et supermassivt svart hull (SMBH) som er dobbelt så massivt som Sgr A *, SMBH i sentrum av Melkeveien. M77 er større enn Melkeveien: det er omtrent 85 000 lysår i radius, og Melkeveien er omtrent 53 000. M77 har rundt 300 milliarder stjerner, mens Melkeveien har mellom 250 og 400 milliarder.

M 77 er den nærmeste storslåtte spiralgalaksen med både en lys aktiv galaktisk kjerne (AGN) og en lysende sirkulær kjernestjerne.

M 77s spiralarmer er fulle av områder med intens stjernedannelse kalt starbursts. Usynlige magnetfeltlinjer følger spiralarmene tett, selv om øynene våre ikke kan se dem. Men SOFIA kan, og deres eksistens støtter en vidtfunnet teori som forklarer hvordan disse armene får sin form. Det kalles "tetthetsbølgeteori."

Før tetthetsbølgeteorien ble utviklet på midten av 1960-tallet, var det problemer med å forklare spiralarmer i en galakse. I henhold til det "svingete problemet" ville spiralarmene forsvinne etter bare noen bane og være utskillelige fra resten av galaksen.

Her er en rask video som viser det svingete problemet.

Tetthetsbølgeteori sier at armene i seg selv er atskilt fra stjernene og gass og støv som beveger seg gjennom tetthetsbølgene. Armene er den synlige delen av tetthetsbølgene, og stjernene beveger seg inn og ut av bølgene. Så armene er ikke permanente strukturer laget av stjerner, selv om det er slik det ser ut.

Her er en kort video som viser hvordan tetthetsbølger skaper spiralarmer i galakser.

SOFIA-observasjoner viser at magnetfeltlinjene strekker seg hele armene, en avstand på 24 000 lysår. I følge studien komprimerer gravitasjonskrefter som bidro til å skape galakas spiralform magnetfeltene, som støtter tetthetsbølgeteorien.

"Dette er første gang vi har sett magnetfelt på linje med så store skalaer med dagens stjernefødsel i spiralarmene," sa Lopez-Rodriquez. "Det er alltid spennende å ha observasjonsbevis som støtter teorier."

Magnetfeltlinjer i galakser er veldig vanskelige å observere, og SOFIAs nyeste instrument gjør det mulig. Det kalles HAWC +, eller høyoppløselig Airborne Wideband Camera-Plus. HAWC + arbeider i fjerninfrarød for å observere støvkorn, som er rettet vinkelrett på magnetfeltlinjene i M77. Det gjør at astronomer kan utlede formen og retningen til det underliggende magnetfeltet.

Det er mye potensiell interferens i M 77, som spredt synlig lys og stråling fra partikler med høy energi, men langt infrarød påvirkes ikke av dem. SOFIAs evne til å se i bølgelengden på 89 mikron gjør at den kan se støvkornene tydelig. HAWC + er også et avbildende polarimeter, et apparat som måler og tolker polarisert elektromagnetisk energi.

Denne studien omhandler bare en enkelt spiralarmsgalakse, så det er mer arbeid som må gjøres. Det er uklart hvordan magnetfeltlinjer kan spille en rolle i strukturen til andre galakser, inkludert uregelmessigheter. Men det ser ut som om dette teamet har utviklet en metode for å studere de galaksene.

Som de sier i konklusjonen av sin artikkel: “Resultatene som presenteres her, sammen med våre tidligere studier av M 82 og NGC 253 (Jones et al. 2019), gir bevis på at FIR (Far-Infrared) polarimetri kan være et verdifullt verktøy for å studere magnetfeltstruktur i ytre galakser, spesielt i regioner med høy optisk dybde. ”