De Melkweg heeft een eigen magnetisch veld. Het is extreem zwak vergeleken met dat van de aarde; duizenden keren zelfs zwakker. Maar astronomen willen er meer over weten vanwege wat het ons kan vertellen over stervorming, kosmische straling en tal van andere astrofysische processen.
Een team van astronomen van de Curtin University in Australië en CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) hebben het magnetische veld van de Melkweg bestudeerd en ze hebben de meest uitgebreide catalogus van metingen van het magnetische veld van de Melkweg in 3D gepubliceerd.
Het artikel is getiteld "Laagfrequente Faraday-rotatiemetingen naar pulsars met behulp van LOFAR: sonderen van het 3D Galactische halo magnetische veld." Het werd gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in april 2019. De hoofdauteur is Dr. Charlotte Sobey, een universitair medewerker aan de Curtin University. Het team bestaat uit wetenschappers uit Canada, Europa en Zuid-Afrika.
Het team werkte met LOFAR, of de Low-Frequency Array, een Europese radiotelescoop. LOFAR werkt in radiofrequenties onder 250 MHz en bestaat uit vele antennes verspreid over een gebied van 1500 km in Europa, met de kern in Nederland.
Het team heeft tot nu toe de grootste catalogus van magnetische veldsterktes en richtingen naar pulsars samengesteld. Met die gegevens in de hand konden ze de afnemende veldsterkte van de Melkweg schatten met de afstand tot het vlak van de melkweg, waar de spiraalarmen zijn.
In een persbericht zei hoofdauteur Sobey: "We gebruikten pulsars om het magnetische veld van de Melkweg efficiënt in 3D te onderzoeken. Pulsars zijn verspreid over de Melkweg en het tussenliggende materiaal in de Melkweg beïnvloedt hun radiogolfemissie. '
Vrije elektronen en het magnetische veld in onze Melkweg tussen de pulsar en ons beïnvloeden de radiogolven die door de pulsars worden uitgezonden. In een e-mailinterview met Dr. Sobey vertelde ze ons: "Hoewel deze effecten moeten worden gecorrigeerd om de signalen van de pulsars te bestuderen, zijn ze erg nuttig voor het verstrekken van informatie over onze Melkweg die anders niet mogelijk zou zijn."
Terwijl de radiogolven van de pulsar door de melkweg reizen, zijn ze onderhevig aan een effect dat dispersie wordt genoemd, als gevolg van tussenliggende vrije elektronen. Dit betekent dat radiogolven met een hogere frequentie eerder aankomen dan golven met een lagere frequentie. Met gegevens van LOFAR kunnen astronomen dit verschil meten, de 'dispersiemaat' of DM genoemd. DM vertelt astronomen hoeveel vrije elektronen er tussen ons en de pulsar zitten. Als de DM hoger is, betekent dit dat de pulsar verder weg is of dat het interstellaire medium dichter is.
Dat is slechts een van de factoren bij het meten van het magnetische veld van de Melkweg. De andere heeft betrekking op de elektronendichtheid en het magnetische veld van het interstellaire medium.
Pulsar-emissies zijn vaak gepolariseerd en wanneer gepolariseerd licht door een plasma met een magnetisch veld reist, roteert het rotatievlak. Dat heet Faraday Rotation of het Faraday-effect. Radiotelescopen kunnen die rotatie meten en het wordt de Faraday Rotation Measure (RM) genoemd. Dr. Sobey: “Dit vertelt ons het aantal vrije elektronen en de sterkte van het magnetische veld evenwijdig aan de gezichtslijn, evenals de netrichting. Hoe groter de absolute RM betekent meer elektronen en / of grotere veldsterktes, vanwege grotere afstanden of richting het vlak van de Melkweg. ”
Met die gegevens in de hand schatten de onderzoekers vervolgens de gemiddelde magnetische veldsterkte van de Melkweg naar elke pulsar in de catalogus door de rotatiemaatstaf te delen door de verspreidingsmaatstaf. En zo hebben ze de kaart gemaakt. Elke afzonderlijke pulsar-meting is één punt op de kaart. Dr. Sobey vertelde Space Magazine: "Door deze metingen te verkrijgen voor grote aantallen pulsars (die afstandsmetingen of schattingen hebben), kunnen we een kaart reconstrueren van de structuur van de galactische elektronendichtheid en het magnetische veld in 3D."
Dus wat heeft het voor zin om een kaart van de magnetische structuur van de Melkweg in 3D te hebben?
Het magnetische veld van de melkweg beïnvloedt allerlei astrofysische processen op verschillende sterkte- en afstandsschalen.
Het magnetische veld vormt het pad dat kosmische straling volgt. Dus wanneer astronomen een verre bron van kosmische straling bestuderen, zoals een actieve galactische kern (AGN), kan het kennen van de sterkte van het magnetische veld hen helpen hun studieobject te begrijpen.
Het magnetische veld van de melkweg speelt ook een rol bij de vorming van sterren. Hoewel het effect niet volledig wordt begrepen, kan de sterkte van een magnetisch veld moleculaire wolken beïnvloeden. Sobey vertelde UT: "Op kleinere schaal (in de orde van grootte van parsecs) spelen magnetische velden een rol bij de vorming van sterren, met een te zwak of sterk veld in een moleculaire wolk die mogelijk de ineenstorting van een wolk in een stelsysteem remt."
Deze nieuwe catalogus is gebaseerd op waarnemingen van 137 pulsars aan de noordelijke hemel. De auteurs zeggen dat hun catalogus "de precisie van bestaande RM-metingen gemiddeld met een factor 20 verbetert ..." Ze zeggen ook: "Over het algemeen biedt onze initiële laagfrequente catalogus waardevolle informatie over de 3D-structuur van het galactische magnetische veld."
Maar Dr. Sobey is nog niet klaar met het in kaart brengen van de magnetische veldsterkte van de Melkweg. Ze gebruikt nu de Australische Murchison Widefield Array om het magnetische veld in de zuidelijke lucht in kaart te brengen. En beide mapping-inspanningen leiden tot iets beters.
De grootste radiotelescoop ter wereld bevindt zich nu in de planningsfase. Het heet de Square Kilometre Array (SKA) en wordt gebouwd in zowel Australië als Zuid-Afrika. De ontvangende stations zullen zich uitstrekken tot 3.000 kilometer (1900 mijl) vanaf de centrale kern. Het enorme formaat en de afstand tussen de ontvangers geven ons beelden met de hoogste resolutie in de hele astronomie.
In een CSIRO-blogpost zei Dr. Sobey: “Mijn werk in de toekomst zal gericht zijn op het bouwen aan wetenschap met de SKA-telescoop, die momenteel de laatste stadia van de planningsfase ingaat. Een langetermijndoel voor SKA-wetenschap is om een revolutie teweeg te brengen in ons begrip van ons sterrenstelsel, inclusief het produceren van een gedetailleerde kaart van de structuur van ons sterrenstelsel (wat moeilijk is omdat we erin zitten!), Met name het magnetische veld ervan. "
Het magnetische veld van de Melkweg zal nergens te verbergen zijn.
Meer:
- Persbericht: het magnetisch veld van ons sterrenstelsel in kaart brengen
- Onderzoeksdocument: laagfrequente Faraday-rotatiemetingen naar pulsars met behulp van LOFAR: sonderen van het 3D Galactische halo-magnetische veld
- Interactieve LOFAR-kaart
