Spiraalvormig magnetisch veld dat zich rond de moleculaire wolk in Orion wikkelt. Afbeelding tegoed: NRAO / AUI / NSF Klik om te vergroten
Astronomen hebben vandaag (donderdag 12 januari) aangekondigd wat de eerste ontdekking zou kunnen zijn van een spiraalvormig magnetisch veld in de interstellaire ruimte, opgerold als een slang rond een gaswolk in het sterrenbeeld Orion.
'Je kunt deze structuur zien als een gigantische, magnetische Slinky die om een lange, vingervormige interstellaire wolk is gewikkeld', zegt Timothy Robishaw, een afgestudeerde student astronomie aan de University of California, Berkeley. 'De magnetische veldlijnen zijn als uitgerekte elastiekjes; de spanning perst de wolk in zijn draadvormige vorm. '
Astronomen hebben lang gehoopt specifieke gevallen te vinden waarin magnetische krachten de vorm van interstellaire wolken rechtstreeks beïnvloeden, maar volgens Robishaw was "telescopen gewoon niet opgewassen tegen de taak ... tot nu toe."
De bevindingen vormen het eerste bewijs van de magnetische veldstructuur rond een draadvormige interstellaire wolk die bekend staat als de Orion Molecular Cloud.
De aankondiging van vandaag door Robishaw en Carl Heiles, UC Berkeley professor in de astronomie, werd gedaan tijdens een presentatie op de bijeenkomst van de American Astronomical Society in Washington, D.C.
Interstellaire moleculaire wolken zijn de geboorteplaatsen van sterren, en de Orion Molecular Cloud bevat twee van zulke stellaire kraamkamers - één in de gordel en één in het zwaard van het sterrenbeeld Orion. Interstellaire wolken zijn dichte gebieden die zijn ingebed in een extern medium met een veel lagere dichtheid, maar de "dichte" interstellaire wolken zijn, naar aardse maatstaven, een perfect vacuüm. In combinatie met magnetische krachten is het de grote omvang van deze wolken die voldoende zwaartekracht heeft om ze samen te trekken om sterren te maken.
Astronomen weten al geruime tijd dat veel moleculaire wolken filamentaire structuren zijn waarvan wordt vermoed dat de vormen worden gevormd door een balans tussen de zwaartekracht en magnetische velden. Bij het maken van theoretische modellen van deze wolken hebben de meeste astrofysici ze eerder als bollen behandeld dan als vingervormige filamenten. Echter, een theoretische behandeling gepubliceerd in 2000 door Drs. Jason Fiege en Ralph Pudritz van McMaster University suggereerden dat filamentaire moleculaire wolken, wanneer ze op de juiste manier worden behandeld, een spiraalvormig magnetisch veld rond de lange as van de wolk zouden moeten vertonen. Dit is de eerste observationele bevestiging van deze theorie.
"Het meten van magnetische velden in de ruimte is een zeer moeilijke taak", zei Robishaw, "omdat het veld in de interstellaire ruimte erg zwak is en omdat er systematische meeteffecten zijn die foutieve resultaten kunnen opleveren."
De handtekening van een magnetisch veld dat naar of van de aarde wijst, staat bekend als het Zeeman-effect en wordt waargenomen als de splitsing van een radiofrequentielijn.
"Een analogie zou zijn wanneer je de radioknop scant en je krijgt hetzelfde station gescheiden door een kleine spatie", legt Robishaw uit. "De grootte van de lege ruimte is recht evenredig met de sterkte van het magnetische veld op de locatie in de ruimte waar het station wordt uitgezonden."
Het signaal wordt in dit geval op 1420 MHz op de radioschijf uitgezonden door interstellaire waterstof - het eenvoudigste en meest voorkomende atoom in het universum. De zender bevindt zich op 1750 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Orion.
De antenne die deze radio-uitzendingen ontving, is de Green Bank Telescope (GBT) van de National Science Foundation, die wordt beheerd door de National Radio Astronomy Observatory. De telescoop, 148 meter (485 voet) lang en met een schotel met een diameter van 100 meter (300 voet), bevindt zich in West Virginia, waar 13.000 vierkante mijl is gereserveerd als de National Radio Quiet Zone. Hierdoor kunnen radioastronomen radiogolven vanuit de ruimte waarnemen zonder interferentie van door de mens veroorzaakte signalen.
Met behulp van de GBT observeerden Robishaw en Heiles radiogolven langs plakjes over de Orion Molecular Cloud en ontdekten dat het magnetische veld de richting omkeerde, wijzend naar de aarde aan de bovenkant van de wolk en weg daarvan op de bodem. Ze gebruikten eerdere waarnemingen van sterrenlicht om te inspecteren hoe het magnetische veld voor de wolk is gericht. (Er is geen manier om informatie te krijgen over wat er achter de wolk gebeurt, aangezien de wolk zo dicht is dat er geen optisch licht of radiogolven doorheen kunnen dringen.) Toen ze alle beschikbare metingen combineerden, ontstond het beeld van een kurkentrekkerpatroon dat zich om de wolk wikkelde. .
"Deze resultaten waren om een aantal redenen ongelooflijk opwindend voor mij", zei Robishaw. "Er is het wetenschappelijke resultaat van een spiraalvormige veldstructuur. Dan is er de succesvolle meting: dit type waarneming is erg moeilijk en het duurde tientallen uren op de telescoop om te begrijpen hoe deze enorme schotel reageert op de gepolariseerde radiogolven die de signatuur zijn van een magnetisch veld. "
De resultaten van deze onderzoeken suggereerden aan Robishaw en Heiles dat de GBT niet alleen ongeëvenaard is onder grote radiotelescopen voor het meten van magnetische velden, maar dat hij de enige is die zwakke magnetische velden betrouwbaar kan detecteren.
Heiles waarschuwde dat er een mogelijke alternatieve verklaring is voor de waargenomen magnetische veldstructuur: het veld kan zich om de voorkant van de wolk wikkelen.
'Het is een heel dicht object', zei Heiles. 'Het ligt ook in de uitgeholde schaal van een zeer grote schokgolf die werd gevormd toen veel sterren explodeerden in het naburige sterrenbeeld Eridanus.'
Die schokgolf zou het magnetische veld met zich mee hebben gedragen, zei hij, 'totdat het de moleculaire wolk bereikte! De magnetische veldlijnen zouden over het oppervlak van de wolk worden gespannen en om de zijkanten worden gewikkeld. De handtekening van een dergelijke configuratie zou erg lijken op wat we nu zien. Wat ons er echt van overtuigt dat dit een helixveld is, is dat er een constante spoedhoek lijkt te zijn met de veldlijnen over de hele cloud. ”
Door verder onderzoek kan de situatie echter worden opgehelderd. Robishaw en Heiles zijn van plan hun metingen in deze cloud uit te breiden en anderen met behulp van de GBT. Ze zullen ook samenwerken met Canadese collega's om sterrenlicht te gebruiken om het veld over deze en andere wolken te meten.
'De hoop is om voldoende bewijs te leveren om te begrijpen wat de ware structuur van dit magnetische veld is', zei Heiles. "Een duidelijk begrip is essentieel om de processen te begrijpen waarmee moleculaire wolken sterren in het Melkwegstelsel vormen."
Het onderzoek werd ondersteund door de National Science Foundation.
