Vintergalaxen har sitt eget magnetfält. Det är extremt svagt jämfört med jordens; faktiskt tusentals gånger svagare. Men astronomer vill veta mer om det på grund av vad det kan berätta för oss om stjärnbildning, kosmiska strålar och en mängd andra astrofysiska processer.
Ett team av astronomer från Curtin University i Australien och CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) har studerat mjölkvägens magnetfält och de har publicerat den mest omfattande katalogen över mätningar av Vintergatan magnetfält i 3D.
Uppsatsen har titeln "Lågfrekvent Faraday-rotation mäter mot pulsars med hjälp av LOFAR: undersöker 3D-galaktiskt halo-magnetfält." Det publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i april 2019. Huvudförfattaren är Dr. Charlotte Sobey, en universitetsassistent vid Curtin University. I teamet ingår forskare från Kanada, Europa och Sydafrika.
Teamet arbetade med LOFAR, eller Low-Frequency Array, ett europeiskt radioteleskop. LOFAR fungerar i radiofrekvenser under 250 MHz och består av många antenner spridda över ett 1500 km område i Europa, med dess kärna i Nederländerna.
Teamet samlade hittills den största katalogen för magnetfältstyrkor och riktningar mot pulsars. Med den informationen i handen kunde de uppskatta Vintergatans minskande fältstyrka med avståndet från galaxplanet, där spiralarmarna är.
I ett pressmeddelande sa huvudförfattaren Sobey: ”Vi använde pulsars för att effektivt undersöka Galaxys magnetfält i 3-D. Pulsars distribueras över Vintergatan, och det ingripande materialet i galaxen påverkar deras radiovågutsläpp. ”
Fria elektroner och magnetfältet i vår Galaxy mellan pulsaren och oss påverkar radiovågorna som släpps ut från pulsarna. I en e-postintervju med Dr. Sobey sa hon till oss: "Även om dessa effekter behöver korrigeras för att studera pulsarsignalerna är de verkligen användbara för att tillhandahålla information om vår Galaxy som inte skulle vara möjligt att få på annat sätt."
När pulsars radiovågor reser genom galaxen utsätts de för en effekt som kallas spridning på grund av ingripande fria elektroner. Detta innebär att radiovågor med högre frekvens anländer förr än vågor med lägre frekvens. Data från LOFAR gör det möjligt för astronomer att mäta denna skillnad, kallad ”spridningsmåttet” eller DM. DM berättar för astronomer hur många gratiselektroner som finns mellan oss och pulsaren. Om DM är högre, betyder det att antingen pulsaren är längre bort eller så är det interstellära mediet tätare.
Det är bara en av faktorerna i mätningen av Vintergatan magnetfält. Den andra involverar elektrondensitet och magnetfältet för det interstellära mediet.
Pulsaremissioner är ofta polariserade, och när polariserat ljus färdas genom en plasma med magnetfält, roterar rotationsplanet. Det kallas Faraday Rotation eller Faraday Effect. Radioteleskop kan mäta den rotationen, och det kallas Faraday Rotation measure (RM). Enligt Dr. Sobey, "Detta berättar antalet fria elektroner och styrka av magnetfältet parallellt med siktlinjen, liksom nettningsriktningen. Ju större den absoluta RM innebär fler elektroner och / eller större fältstyrkor på grund av större avstånd eller mot galaxens plan. ”
Med den informationen i handen beräknade forskarna sedan den genomsnittliga magnetfältstyrkan för Vintergatan mot varje pulsar i katalogen genom att dela Rotationsmåttet med dispersionsmåttet. Och det var så de skapade kartan. Varje enstaka pulsarmätning är en punkt på kartan. Som Dr. Sobey berättade för Space Magazine, "Att få dessa mätningar för ett stort antal pulsars (som har avståndsmätningar eller uppskattningar) tillåter oss att rekonstruera en karta över strukturen för den galaktiska elektrondensiteten och magnetfältet i 3D."
Så vad gör det för att ha en karta över Vintergatan's magnetiska struktur i 3D?
Galaxens magnetfält påverkar alla typer av astrofysiska processer över olika styrka- och avståndsskalor.
Magnetfältet formar den väg som kosmiska strålar följer. Så när astronomer studerar en avlägsen källa av kosmiska strålar, som en aktiv galaktisk kärna (AGN), kan kunskap om magnetfältets styrka hjälpa dem att förstå deras studieobjekt.
Galaxens magnetfält spelar också en roll i stjärnbildningen. Även om effekten inte förstås fullt ut, kan styrkan hos ett magnetfält påverka molekylära moln. Sobey sa till UT, "På mindre skalor (i storleksordningen av parsecs) spelar magnetfält en roll i stjärnbildningen, med ett för svagt eller starkt fält i ett molekylärt moln som eventuellt hämmar kolonnens kollaps i ett stjärnsystem."
Denna nya katalog är baserad på observationer av 137 pulsars på den norra himlen. Författarna säger att deras katalog "förbättrar exaktheten för befintliga RM-mätningar i genomsnitt med en faktor 20 ..." De säger också "Sammantaget ger vår initiala lågfrekvenskatalog värdefull information om 3D-strukturen i det galaktiska magnetfältet."
Men Dr. Sobey är inte klar med att kartlägga Milky Way: s magnetfältstyrka än. Hon använder nu Australiens Murchison Widefield Array för att kartlägga magnetfältet på södra himlen. Och båda dessa kartläggningsinsatser leder till något bättre.
Världens största radioteleskop är nu i planeringsfasen. Det kallas Square Kilometre Array (SKA) och det kommer att byggas i både Australien och Sydafrika. Dess mottagningsstationer kommer att sträcka sig ut till 3 000 kilometer (1900 miles) från dess centrala kärna. Dess enorma storlek och avstånd mellan mottagare kommer att ge oss våra högupplösta bilder inom all astronomi.
I ett CSIRO-blogginlägg sade Dr. Sobey ”Mitt arbete i framtiden kommer att fokusera på att bygga mot att göra vetenskap med SKA-teleskopet, som för närvarande går in i de sista stadierna i planeringsfasen. Ett långsiktigt mål för SKA-vetenskapen är att revolutionera vår förståelse av vår galax, inklusive att producera en detaljerad karta över vår galaxstruktur (vilket är svårt eftersom vi är beläget i den!), Särskilt dess magnetfält. "
Milky Way: s magnetfält kommer ingenstans att gömma sig.
Mer:
- Pressmeddelande: Kartlägga vår galax magnetfält
- Forskningsdokument: Faraday-rotationsåtgärder mot lågfrekvens mot pulsars med hjälp av LOFAR: undersöker 3D-galaktiskt halo-magnetfält
- Interaktiv LOFAR-karta
