Spiraalstelsels zijn een iconische vorm. Ze worden gebruikt in productlogo's en op allerlei andere plaatsen. We leven er zelfs in. En hoewel het misschien voor de hand lijkt te liggen hoe ze hun vorm krijgen, is dat niet het geval door te roteren.
Wetenschappers zijn nog steeds verbaasd over spiraalstelsels en hoe ze hun vorm krijgen, met elegante armen vol sterren. Astronomen die werken met SOFIA, het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, onderzoeken welke rol magnetische velden spelen door andere sterrenstelsels dan de onze te observeren. Onlangs observeerden SOFIA-wetenschappers het M77-sterrenstelsel, ook bekend als NGC 1068, en presenteerden hun resultaten in een nieuwe studie.
De nieuwe studie is getiteld "SOFIA / HAWC + traceert de magnetische velden in NGC 1068" en zal worden gepubliceerd in het Astrophysical Journal. De hoofdauteur is Enrique Lopez-Rodriguez, een wetenschapper van de Universities Space Research Association bij het SOFIA Science Center in het Ames Research Center van NASA.
"Magnetische velden zijn onzichtbaar, maar ze kunnen de evolutie van een sterrenstelsel beïnvloeden", zei Lopez-Rodriguez in een persbericht. "We hebben een redelijk goed begrip van hoe de zwaartekracht galactische structuren beïnvloedt, maar we beginnen net de rol te leren die magnetische velden spelen."
M77 is een spiraalstelsel op ongeveer 47 miljoen lichtjaar afstand. Het is een verjaard spiraalstelsel, ook al is de balk niet zichtbaar in zichtbaar licht. Het heeft een actieve galactische kern, ook niet zichtbaar in zichtbaar licht, en het herbergt een superzwaar zwart gat (SMBH) dat twee keer zo groot is als Sgr A *, de SMBH in het centrum van de Melkweg. M77 is groter dan de Melkweg: het heeft een straal van ongeveer 85.000 lichtjaar en de Melkweg is ongeveer 53.000. M77 heeft ongeveer 300 miljard sterren, terwijl de Melkweg tussen de 250 miljard en 400 miljard heeft.
M 77 is het dichtstbijzijnde grootschalige spiraalstelsel met zowel een heldere actieve galactische kern (AGN) als een lichtgevende rondgaande nucleaire starburst.
De spiraalarmen van de M 77 zitten vol met gebieden met intense stervorming die starbursts worden genoemd. Onzichtbare magnetische veldlijnen volgen de spiraalarmen nauw, hoewel onze ogen ze niet kunnen zien. Maar SOFIA kan dat wel, en hun bestaan ondersteunt een wijdverbreide theorie die verklaart hoe deze armen hun vorm krijgen. Het heet 'dichtheidsgolftheorie'.
Voordat de theorie van de dichtheidsgolven halverwege de jaren zestig werd ontwikkeld, waren er problemen met het verklaren van spiraalarmen in een sterrenstelsel. Volgens het "kronkelprobleem" zouden de spiraalarmen na slechts een paar banen verdwijnen en niet meer te onderscheiden zijn van de rest van de melkweg.
Hier is een korte video die het opwindprobleem laat zien.
De theorie van dichtheidsgolven zegt dat de armen zelf gescheiden zijn van de sterren en gas en stof die door de dichtheidsgolven reizen. De armen zijn het zichtbare deel van de dichtheidsgolven zelf en de sterren bewegen in en uit de golven. De armen zijn dus geen permanente structuren gemaakt van sterren, ook al ziet het er zo uit.
Hier is een korte video die laat zien hoe dichtheidsgolven spiraalarmen creëren in sterrenstelsels.
SOFIA-waarnemingen laten zien dat de magnetische veldlijnen zich helemaal over de armen uitstrekken, een afstand van 24.000 lichtjaar. Volgens de studie comprimeren gravitatiekrachten die hebben bijgedragen aan het creëren van de spiraalvorm van het sterrenstelsel de magnetische velden, die de theorie van de dichtheidsgolven ondersteunen.
"Dit is de eerste keer dat we magnetische velden zien die op zo'n grote schaal zijn uitgelijnd met de huidige stergeboorte in de spiraalarmen", zei Lopez-Rodriquez. "Het is altijd spannend om observationeel bewijs te hebben dat theorieën ondersteunt."
Magnetische veldlijnen in sterrenstelsels zijn erg moeilijk waar te nemen, en het nieuwste instrument van SOFIA maakt het mogelijk. Het heet HAWC + of de Airborne Wideband Camera-Plus met hoge resolutie. HAWC + werkt in het ver-infrarood om stofdeeltjes te observeren, die loodrecht op de magnetische veldlijnen in M77 zijn uitgelijnd. Zo kunnen astronomen de vorm en richting van het onderliggende magnetische veld afleiden.
Er is veel potentiële interferentie in M 77, zoals verstrooid zichtbaar licht en straling van hoogenergetische deeltjes, maar ver-infrarood wordt er niet door beïnvloed. Door het vermogen van SOFIA om te zien in de golflengte van 89 micron, kan het de stofdeeltjes duidelijk zien. HAWC + is ook een beeldvormende polarimeter, een apparaat dat gepolariseerde elektromagnetische energie meet en interpreteert.
Deze studie behandelt slechts een enkelvoudig spiraalarmstelsel, dus er is meer werk aan de winkel. Het is onduidelijk hoe magnetische veldlijnen een rol kunnen spelen in de structuur van andere sterrenstelsels, inclusief onregelmatige sterrenstelsels. Maar het lijkt erop dat dit team een methode heeft ontwikkeld om die sterrenstelsels te bestuderen.
Zoals ze in de conclusie van hun paper zeggen: "De resultaten die hier worden gepresenteerd, samen met onze eerdere studies van M 82 en NGC 253 (Jones et al. 2019), leveren bewijs dat FIR (Far-Infrared) polarimetrie een waardevol hulpmiddel kan zijn voor het bestuderen van de structuur van magnetische velden in uitwendige melkwegstelsels, vooral in gebieden met een hoge optische diepte. ”
Meer:
- Persbericht: Hoe vorm je een spiraalstelsel?
- Research Paper: SOFIA / HAWC + traceert de magnetische velden in NGC 1068
- HAWC +
- Space Magazine: Messier 77 - de Cetus A Barred Spiral Galaxy
