Ein großes Lob an die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts und ein internationales Team von Radioastronomen für eine unglaublich detaillierte neue Karte der Magnetfelder unserer Galaxie! Diese einzigartige All-Sky-Karte hat ihre Vorgänger übertroffen und gibt uns einen Einblick in die Magnetfeldstruktur der Milchstraße, der bisher noch nicht gesehen wurde. Was ist das Besondere an diesem? Es zeigt uns eine Qualität, die als Faraday-Tiefe bekannt ist - ein Konzept, das entlang einer bestimmten Sichtlinie funktioniert. Um die Karte zu erstellen, wurden Daten aus 41.000 Messungen zusammengeführt, die mit einer neuen Bildrekonstruktionstechnik gesammelt wurden. Wir können jetzt nicht nur die Hauptstruktur galaktischer Felder sehen, sondern auch weniger offensichtliche Merkmale wie Turbulenzen in galaktischem Gas.
Was genau bedeutet eine neue Karte dieser Art? Alle Galaxien besitzen Magnetfelder, aber ihre Quelle ist ein Rätsel. Derzeit können wir nur vermuten, dass sie aufgrund von Dynamoprozessen auftreten, bei denen mechanische Energie in magnetische Energie umgewandelt wird. Diese Art der Kreation ist völlig normal und findet hier auf der Erde, in der Sonne und sogar in kleinerem Maßstab statt, wie bei einem handkurbelgetriebenen Radio - oder einer Faraday-Taschenlampe! Indem wir uns zeigen, wo Magnetfeldstrukturen in der Milchstraße auftreten, können wir galaktische Dynamos besser verstehen.
Seit anderthalb Jahrhunderten kennen wir die Faraday-Rotation und Wissenschaftler verwenden sie zur Messung kosmischer Magnetfelder. Diese Aktion findet statt, wenn polarisiertes Licht durch ein magnetisiertes Medium geht und sich die Polarisationsebene dreht. Das Ausmaß der Drehung hängt von der Stärke und Richtung des Magnetfelds ab. Durch Beobachtung der Rotation können wir die Eigenschaften der dazwischenliegenden Magnetfelder besser verstehen. Radioastronomen sammeln und untersuchen das polarisierte Licht entfernter Radioquellen, die auf dem Weg zu uns durch unsere Galaxie laufen. Der Faraday-Effekt kann dann durch Messen der Quellenpolarisation bei verschiedenen Frequenzen beurteilt werden. Diese Messungen können jedoch nur Aufschluss über den einen Weg durch die Milchstraße geben. Um die Dinge als Ganzes zu sehen, muss man wissen, wie viele Quellen über den sichtbaren Himmel verstreut sind. Hier spielte die internationale Gruppe der Radioastronomen eine wichtige Rolle. Sie bewiesen Daten aus 26 verschiedenen Projekten, die insgesamt 41.300 punktgenaue Quellen ergaben - bei durchschnittlich etwa einer Funkquelle pro Quadratmeter Himmel.
Das klingt zwar nach einer Fülle von Informationen, reicht aber immer noch nicht aus. Es gibt riesige Gebiete, insbesondere am südlichen Himmel, in denen nur wenige Messungen existieren. Aufgrund dieses Datenmangels müssen wir zwischen vorhandenen Datenpunkten interpolieren, was zu eigenen Problemen führt. Erstens variiert die Genauigkeit und genauere Messungen sollten helfen. Außerdem sind sich Astronomen nicht ganz sicher, wie zuverlässig eine einzelne Messung sein kann - sie müssen nur anhand der ihnen vorliegenden Informationen ihre besten Vermutungen anstellen. Es gibt jedoch noch andere Probleme. Aufgrund der Komplexität des Prozesses bestehen Messunsicherheiten. Ein kleiner Fehler kann sich verzehnfachen und die Karte verwickeln, wenn er nicht korrigiert wird. Um diese Probleme zu beheben, entwickelten die Wissenschaftler von MPA einen neuen Algorithmus für die Bilderfassung, den so genannten „erweiterten kritischen Filter“. Bei seiner Erstellung verwendet das Team Tools der neuen Disziplin, die als Informationsfeldtheorie bekannt ist - ein leistungsstarkes Tool, das logische und statistische Methoden mit angewandten Feldern kombiniert und diese gegen ungenaue Informationen stapelt. Diese neue Arbeit ist aufregend, da sie auch auf andere Bildgebungs- und Signalverarbeitungsorte in alternativen wissenschaftlichen Bereichen angewendet werden kann.
„Zusätzlich zur detaillierten Faraday-Tiefenkarte (Abb. 1) liefert der Algorithmus eine Karte der Unsicherheiten (Abb. 2). Insbesondere in der galaktischen Scheibe und in der weniger gut beobachteten Region um den südlichen Himmelspol (unterer rechter Quadrant) sind die Unsicherheiten erheblich größer. “ sagt das Team. „Um die Strukturen im galaktischen Magnetfeld besser hervorzuheben, wurde in Abbildung 3 (oben) der Effekt der galaktischen Scheibe entfernt, sodass schwächere Merkmale über und unter der galaktischen Scheibe besser sichtbar sind. Dies zeigt nicht nur das auffällige horizontale Band der Gasscheibe unserer Milchstraße in der Bildmitte, sondern auch, dass die Magnetfeldrichtungen über und unter der Scheibe entgegengesetzt zu sein scheinen. Eine analoge Richtungsänderung findet auch zwischen der linken und rechten Seite des Bildes von einer Seite der Mitte der Milchstraße zur anderen statt. “
Die gute Nachricht ist, dass die Theorie des galaktischen Dynamos genau richtig zu sein scheint. Es hat symmetrische Strukturen vorhergesagt und die neue Karte spiegelt dies wider. In dieser Projektion sind die Magnetfelder in einer Spirale parallel zur Ebene der galaktischen Scheibe ausgerichtet. Diese Richtung ist oberhalb und unterhalb der Scheibe entgegengesetzt und die beobachteten Symmetrien in der Faraday-Karte ergeben sich aus unserer Position innerhalb der galaktischen Scheibe. Hier sehen wir sowohl große als auch kleine Strukturen, die mit den turbulenten, dynamischen Milchstraßen-Gasstrukturen verbunden sind. Dieser neue Kartenalgorithmus hat auch eine großartige Nebenlinie… er charakterisiert die Größenverteilung dieser Strukturen. Größere sind definitiver als kleinere, was für turbulente Systeme normal ist. Dieses Spektrum kann dann gegen Computermodelle der Dynamik gestapelt werden, was ein kompliziertes Testen der galaktischen Dynamomodelle ermöglicht.
Diese unglaubliche neue Karte ist mehr als nur ein hübsches Gesicht in der Astronomie. Durch die Bereitstellung von Informationen über extragalaktische Magnetfelder ermöglichen wir Radioteleskopprojekten wie LOFAR, eVLA, ASKAP, Meerkat und SKA, neue Höhen zu erreichen. Dies wird noch mehr Aktualisierungen des Faradayschen Himmels bringen und das Geheimnis der Entstehung galaktischer Magnetfelder enthüllen.
Originalstory Quelle: Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik. Zur weiteren Lektüre: Eine verbesserte Karte des galaktischen Faradayschen Himmels “. Laden Sie die Karte HIER herunter.
