HUR SPIRALKALAXIER FåR SIN FORM

Send

Spiralgalaxer är en ikonisk form. De används i produktlogotyper och alla andra platser. Vi lever till och med i ett. Och även om det kan tyckas ganska uppenbart hur de får sin form, genom att rotera, så är det inte fallet.

Forskare är fortfarande förbryllade av spiralgalaxer och hur de får sin form med eleganta armar fulla av stjärnor. Astronomer som arbetar med SOFIA, det stratosfäriska observatoriumet för infraröd astronomi, studerar vilken roll magnetfält spelar genom att observera andra spiralgalaxier än vår egen. Nyligen observerade SOFIA-forskare M77-galaxen, även känd som NGC 1068, och presenterade sina resultat i en ny studie.

Den nya studien har titeln ”SOFIA / HAWC + spårar magnetfälten i NGC 1068” och kommer att publiceras i Astrophysical Journal. Huvudförfattaren är Enrique Lopez-Rodriguez, forskare vid universitetets rymdforskningsförening vid SOFIA Science Center vid NASA: s Ames Research Center.

"Magnetfält är osynliga, men de kan påverka utvecklingen av en galax," sade Lopez-Rodriguez i ett pressmeddelande. "Vi har en ganska bra förståelse för hur tyngdkraften påverkar galaktiska strukturer, men vi börjar bara lära oss vilken roll magnetfält spelar."

M77 är en spiralgalax som ligger ungefär 47 miljoner ljusår bort. Det är en spärrad spiralgalax, även om stången inte kan ses i synligt ljus. Den har en aktiv galaktisk kärna, som inte heller ses i synligt ljus, och den är värd för ett supermassivt svart hål (SMBH) som är dubbelt så massivt som Sgr A *, SMBH i mitten av Vintergatan. M77 är större än Vintergatan: det är ungefär 85 000 ljusår i radie, och Vintergatan är cirka 53 000. M77 har cirka 300 miljarder stjärnor, medan Vintergatan har mellan 250 och 400 miljarder.

M 77 är den närmaste storslagna spiralgalaxen med både en ljus aktiv galaktisk kärna (AGN) och en lysande cirkumnukleär starburst.

M 77: s spiralarmar är fulla av områden med intensiv stjärnbildning som kallas starbursts. Osynliga magnetfältlinjer följer spiralarmarna nära, även om våra ögon inte kan se dem. Men SOFIA kan, och deras existens stöder en allmänt teori som förklarar hur dessa armar får sin form. Det kallas "densitetsvågsteori."

Innan teorin om densitetsvåg utvecklades i mitten av 1960-talet fanns det problem med att förklara spiralarmar i en galax. Enligt ”lindningsproblemet” skulle spiralarmarna försvinna efter bara några banor och vara omöjliga att skilja från resten av galaxen.

Här är en snabb video som visar det lindande problemet.

Densitetsvågteori säger att själva armarna är separata från stjärnorna och gasen och dammet som rör sig genom densitetsvågorna. Armarna är den synliga delen av själva densitetsvågorna, och stjärnorna rör sig in och ut ur vågorna. Så armarna är inte permanenta strukturer gjorda av stjärnor, även om det är så det ser ut.

Här är en kort video som visar hur densitetsvågor skapar spiralarmar i galaxer.

SOFIA-observationer visar att magnetfältlinjerna sträcker sig hela armarna, ett avstånd på 24 000 ljusår. Enligt studien komprimerar gravitationskrafter som hjälpte till att skapa galaxens spiralform de magnetiska fälten, som stöder densitetsvågteorin.

"Det här är första gången vi har sett magnetfält inriktade på så stora skalor med nuvarande stjärnfödelse i spiralarmarna," sade Lopez-Rodriquez. "Det är alltid spännande att ha observationsbevis som stöder teorier."

Magnetfältlinjer i galaxer är mycket svåra att observera, och SOFIAs senaste instrument gör det möjligt. Det kallas HAWC +, eller den högupplösta luftburna bredbandskameran-Plus. HAWC + arbetar i det yttersta infraröda för att observera dammkorn, som är inriktade vinkelrätt mot magnetfältlinjerna i M77. Det gör att astronomer kan dra slutsatsen om det underliggande magnetfältets form och riktning.

Det finns mycket potentiell störning i M 77, som spritt synligt ljus och strålning från partiklar med hög energi, men långt infraröd påverkas inte av dem. SOFIAs förmåga att se i våglängden på 89 mikron gör att den kan se dammkornen tydligt. HAWC + är också en bildpolarimeter, en enhet som mäter och tolkar polariserad elektromagnetisk energi.

Denna studie behandlar endast en enda spiralarmgalax, så det finns mer arbete som ska göras. Det är oklart hur magnetfältlinjer kan spela en roll i strukturen för andra galaxer, inklusive oregelbundenheter. Men det ser ut som att detta team har utvecklat en metod för att studera de galaxerna.

Som de säger i sin slutsats, ”Resultaten som presenteras här, tillsammans med våra tidigare studier av M 82 och NGC 253 (Jones et al. 2019), ger bevis på att FIR (Far-Infrared) polarimetri kan vara ett värdefullt verktyg för att studera magnetfältstruktur i yttre galaxer, särskilt i regioner med högt optiskt djup. ”