Helisk magnetfelt som vikler seg rundt molekylær sky i Orion. Bildekreditt: NRAO / AUI / NSF Klikk for å forstørre
Astronomer kunngjorde i dag (torsdag 12. januar) hva som kan være den første oppdagelsen av et spiralformet magnetfelt i det interstellare rom, kveilet som en slange rundt en gasssky i stjernebildet Orion.
"Du kan tenke på denne strukturen som en gigantisk, magnetisk Slinky pakket rundt en lang, fingerlignende interstellar sky," sa Timothy Robishaw, en doktorgradsstudent i astronomi ved University of California, Berkeley. “Magnetfeltlinjene er som strukket gummibånd; spenningen presser skyen inn i sin glødende form. ”
Astronomer har lenge håpet å finne spesifikke tilfeller der magnetiske krefter direkte påvirker formen på interstellare skyer, men ifølge Robishaw har "teleskoper bare ikke vært opp til oppgaven… før nå."
Funnene gir det første beviset for magnetfeltstrukturen rundt en glødeformet interstellar sky kjent som Orion Molecular Cloud.
Dagens kunngjøring av Robishaw og Carl Heiles, UC Berkeley professor i astronomi, ble gjort under en presentasjon på American Astronomical Society-møtet i Washington, D.C.
Interstellare molekylære skyer er fødestedene til stjerner, og Orion Molecular Cloud inneholder to slike stellare barnehager - en i beltet og en annen i sverdet til Orion-stjernebildet. Interstellare skyer er tette regioner innebygd i et mye lavere tetthet eksternt medium, men de "tette" interstellare skyene er, etter jordens standarder, et perfekt vakuum. I kombinasjon med magnetiske krefter, er det den store størrelsen på disse skyene som gjør nok tyngdekraft til å trekke dem sammen for å lage stjerner.
Astronomer har visst en stund at mange molekylære skyer er filamentære strukturer, hvis form antas å være skulpturert av en balanse mellom tyngdekraften og magnetiske felt. Ved å lage teoretiske modeller av disse skyene, har de fleste astrofysikere behandlet dem som kuler i stedet for fingerlignende filamenter. En teoretisk behandling publisert i 2000 av Drs. Jason Fiege og Ralph Pudritz fra McMaster University antydet at når de ble behandlet ordentlig, skulle filamentære molekylære skyer ha et spiralformet magnetfelt rundt skyens lange akse. Dette er den første observasjonsbekreftelsen på denne teorien.
"Å måle magnetfelt i rommet er en veldig vanskelig oppgave," sa Robishaw, "fordi feltet i det interstellare rommet er veldig svakt og fordi det er systematiske måleeffekter som kan gi feilaktige resultater."
Signaturen til et magnetfelt som peker mot eller bort fra jorden, er kjent som Zeeman-effekten og blir observert som delingen av en radiofrekvenslinje.
"En analogi ville være når du skanner radiovelgeren og får den samme stasjonen atskilt med et lite tomt mellomrom," forklarte Robishaw. "Størrelsen på det blanke rommet er direkte proporsjonalt med styrken til magnetfeltet på stedet i rommet der stasjonen sendes."
I dette tilfellet sendes signalet på 1420 MHz på radioskiven med interstellært hydrogen - det enkleste og mest tallrike atomet i universet. Senderen ligger 1750 lysår unna i Orion-stjernebildet.
Antennen som mottok disse radiosendingene er National Science Foundation's Green Bank Telescope (GBT), drevet av National Radio Astronomy Observatory. Teleskopet, 148 meter (485 fot) høyt og med et fat 100 meter (300 fot) i diameter, ligger i West Virginia hvor 13.000 kvadrat miles er avsatt som National Radio Quiet Zone. Dette lar radioastronomer observere radiobølger som kommer fra verdensrommet uten forstyrrelser fra menneskeskapte signaler.
Ved hjelp av GBT observerte Robishaw og Heiles radiobølger langs skiver over Orion Molecular Cloud og fant ut at magnetfeltet snudde retning, og pekte mot jorden på oversiden av skyen og bort fra den på bunnen. De brukte tidligere observasjoner av stjernelys for å inspisere hvordan magnetfeltet foran skyen er orientert. (Det er ingen måte å få informasjon om hva som skjer bak skyen siden skyen er så tett at verken optisk lys eller radiobølger kan trenge gjennom det.) Da de kombinerte alle tilgjengelige målinger, dukket bildet opp av et korketrekker mønster som viklet rundt skyen .
"Disse resultatene var utrolig spennende for meg av flere årsaker," sa Robishaw. "Det er det vitenskapelige resultatet av en spiralformet feltstruktur. Så er det den vellykkede målingen: Denne typen observasjoner er veldig vanskelig, og det tok dusinvis av timer på teleskopet bare for å forstå hvordan denne enorme parabolen reagerer på de polariserte radiobølgene som er signaturen til et magnetfelt. "
Resultatene fra disse undersøkelsene antydet Robishaw og Heiles at GBT ikke bare er uten sidestykke blant store radioteleskoper for måling av magnetiske felt, men det er den eneste som pålitelig kan oppdage svake magnetiske felt.
Heiles advarte om at det er en mulig alternativ forklaring på den observerte magnetfeltstrukturen: Feltet kan være pakket rundt fronten av skyen.
"Det er et veldig tett objekt," sa Heiles. "Det hender også å ligge inne i det uthulede skallet av en veldig stor sjokkbølge som ble dannet da mange stjerner eksploderte i nabokonstellasjonen Eridanus."
Den sjokkbølgen ville ha båret magnetfeltet med seg, sa han, “til den nådde molekylskyen! Magnetfeltlinjene ville bli strukket over skyens ansikt og viklet rundt sidene. Signaturen til en slik konfigurasjon vil være veldig lik den vi ser nå. Det som virkelig overbeviser oss om at dette er et spiralformet felt, er at det ser ut til å være en konstant stigningsvinkel til feltlinjene over skyens ansikt. ”
Situasjonen kan imidlertid avklares ved videre forskning. Robishaw og Heiles planlegger å utvide målingene sine i denne skyen og andre ved bruk av GBT. De vil også samarbeide med kanadiske kolleger for å bruke stjernelys for å måle feltet på tvers av ansiktet til dette og andre skyer.
"Håpet er å gi nok bevis til å forstå hva den sanne strukturen til dette magnetfeltet er," sa Heiles. "En klar forståelse er viktig for å virkelig forstå prosessene som molekylære skyer danner stjerner i Melkeveis galaksen."
Forskningen ble støttet av National Science Foundation.
