Onlangs hebben we een zeer ongebruikelijk type kaart bekeken: de Faraday Sky. Zoals alle sterrenstelsels heeft de onze een magnetische 'persoonlijkheid', maar waar deze velden vandaan komen en hoe ze worden gecreëerd, is een echt mysterie. Onderzoekers hebben altijd simpelweg aangenomen dat ze zijn gemaakt door mechanische processen zoals die plaatsvinden in het binnenste van de aarde en de zon. Nu zal een nieuwe studie wetenschappers een nog beter begrip geven van de structuur van galactische magnetische velden zoals die door ons hele sterrenstelsel worden gezien.
Het team, onder leiding van het Max Planck Institute for Astrophysics (MPA), verzamelde hun informatie en stelde deze samen met theoretische simulaties om weer een gedetailleerde kaart van de magnetische lucht te creëren. Dr. Tracy Clarke, lid van het onderzoeksteam, legt uit: "De sleutel tot het toepassen van deze nieuwe technieken is dat dit project meer dan 30 onderzoekers met 26 verschillende projecten en meer dan 41.000 metingen aan de hemel samenbrengt. De resulterende database komt overeen met de hele hemel doorspekt met bronnen die van elkaar zijn gescheiden door een hoekafstand van twee volle manen. ” Deze enorme hoeveelheid gegevens biedt een nieuwe 'all-sky'-look waarmee wetenschappers de magnetische structuur van de Melkweg tot in de kleinste details kunnen meten.
Wat is er zo "nieuw" aan deze kaart? Deze keer kijken we naar een hoeveelheid genaamd Faraday-diepte - een idee dat afhankelijk is van een gezichtslijninformatie die is ingesteld op de magnetische velden. Het is gemaakt door meer dan 41.000 enkelvoudige metingen te combineren, die vervolgens werden gecombineerd met behulp van een nieuwe beeldreconstructiemethode. In dit geval zijn alle onderzoekers van MPA specialisten in de nieuwe discipline van de informatieveldtheorie. Dr. Tracy Clarke, werkzaam bij de Remote Sensing Division van NRL, maakt deel uit van het team van internationale radioastronomen die de radioobservaties voor de database verzorgden. Het is magnetisme op grote schaal ... en biedt zelfs de kleinste magnetische kenmerken die wetenschappers in staat zullen stellen de aard van galactische gasturbulentie verder te begrijpen.
Het concept van het Faraday-effect is niet nieuw. Wetenschappers hebben deze velden de afgelopen anderhalve eeuw geobserveerd en gemeten. Hoe is het precies gedaan? Wanneer gepolariseerd licht door een gemagnetiseerd medium gaat, draait het vlak van de polarisatie om ... een proces dat bekend staat als Faraday-rotatie. De mate van rotatie toont de richting en sterkte van het veld en daarmee de eigenschappen. Gepolariseerd licht wordt ook gegenereerd door radiobronnen. Door verschillende frequenties te gebruiken, kan de Faraday-rotatie ook op deze alternatieve manier worden gemeten. Door al deze unieke metingen te combineren, kunnen onderzoekers informatie verwerven over een enkel pad door de Melkweg. Om het "grote geheel" verder te verbeteren, moet informatie uit verschillende bronnen worden verzameld - een behoefte die werd ingevuld door 26 verschillende observatieprojecten die in totaal 41.330 individuele metingen opleverden. Om je een idee te geven van de grootte, dat is uiteindelijk ongeveer één radiobron per vierkante graad hemel!
Zelfs met zulke diepte zijn er nog steeds gebieden aan de zuidelijke hemel waar slechts een paar metingen zijn gecatalogiseerd. Om de hiaten in te vullen en een realistischer beeld te geven, moeten onderzoekers 'interpoleren tussen de bestaande gegevenspunten die ze hebben vastgelegd'. Dit type gegevens veroorzaakt echter enkele problemen met de nauwkeurigheid. Hoewel je misschien zou denken dat de meer exacte metingen de grootste impact op de kaart zouden hebben, weten wetenschappers niet helemaal zeker hoe betrouwbaar een enkele meting zou kunnen zijn, vooral wanneer ze kunnen worden beïnvloed door de omgeving om hen heen. In dit geval zijn de meest nauwkeurige metingen niet altijd de hoogste in kaartpunten. Net als Heisenberg is er een onzekerheid verbonden aan het proces van het verkrijgen van metingen omdat het proces zo complex is. Slechts een kleine fout kan leiden tot een enorme vervorming van de inhoud van de kaart.
Dankzij een door de MPA ontwikkeld algoritme zijn wetenschappers in staat deze problemen met vertrouwen het hoofd te bieden bij het samenstellen van de beelden. Het algoritme, het 'extended critical filter' genoemd, maakt gebruik van tools uit nieuwe disciplines die bekend staan als informatieveldtheorie - een logische en statistische methode die op velden wordt toegepast. Tot dusver is het een effectieve methode gebleken om fouten te elimineren en het heeft zelfs bewezen een aanwinst te zijn voor andere wetenschappelijke gebieden zoals geneeskunde of geografie voor een reeks beeld- en signaalverwerkingstoepassingen.
Hoewel deze nieuwe kaart een geweldige assistent is voor het bestuderen van ons eigen sterrenstelsel, zal het ook de weg vrijmaken voor onderzoekers die ook extragalactische magnetische velden bestuderen. Aangezien de toekomst nieuwe soorten radiotelescopen biedt, zoals LOFAR, eVLA, ASKAP, MeerKAT en de SKA, zal de kaart een belangrijke bron zijn van metingen van het Faraday-effect - waardoor wetenschappers het beeld kunnen bijwerken en ons begrip van de oorsprong van galactische magnetische velden.
Oorspronkelijke verhaalbron: Naval Research Laboratory News.
