Heliskt magnetfält som sveper runt molekylärt moln i Orion. Bildkredit: NRAO / AUI / NSF Klicka för förstoring
Astronomer meddelade idag (torsdag 12 januari) vad som kan vara den första upptäckten av ett spiralformat magnetfält i det interstellära utrymmet, lindat som en orm runt ett gasmoln i stjärnbilden Orion.
"Du kan tänka på denna struktur som en jätte, magnetisk Slinky lindad runt ett långt, fingerliknande interstellärt moln," sa Timothy Robishaw, en doktorand i astronomi vid University of California, Berkeley. ”Magnetfältlinjerna är som sträckta gummiband; spänningen pressar molnet i sin trådformade form. ”
Astronomer har länge hoppats på att hitta specifika fall där magnetiska krafter direkt påverkar formen på interstellära moln, men enligt Robishaw, "teleskop har bara inte varit upp till uppgiften ... tills nu."
Resultaten ger det första beviset på magnetfältstrukturen runt ett filamentformat interstellärt moln som kallas Orion Molecular Cloud.
Dagens tillkännagivande av Robishaw och Carl Heiles, UC Berkeley professor i astronomi, gjordes under en presentation vid American Astronomical Society-mötet i Washington, D.C.
Mellanstjärniga molekylära moln är födelseplatserna för stjärnor, och Orion Molecular Cloud innehåller två sådana stjärna plantskolor - en i bältet och en annan i svärdet från Orion-konstellationen. Interstellära moln är täta regioner inbäddade i ett yttre medium med mycket lägre täthet, men de "täta" interstellära molnen är enligt jordnormer ett perfekt vakuum. I kombination med magnetiska krafter är det den stora storleken på dessa moln som gör tillräckligt med tyngdkraft för att dra dem samman för att göra stjärnor.
Astronomer har under en tid känt att många molekylära moln är filamentstrukturer vars former misstänks ha skulpterats av en balans mellan tyngdkraften och magnetfält. När de flesta astrofysiker har gjort teoretiska modeller av dessa moln har de behandlat dem som sfärer snarare än fingerliknande filament. En teoretisk behandling publicerad år 2000 av Drs. Jason Fiege och Ralph Pudritz från McMaster University föreslog att när de behandlas korrekt skulle filamentmolekylära moln uppvisa ett spiralformat magnetfält runt molnens långa axel. Detta är den första observationsbekräftelsen av denna teori.
"Mätning av magnetfält i rymden är en mycket svår uppgift," sade Robishaw, "eftersom fältet i det interstellära rymden är mycket svagt och eftersom det finns systematiska mätningseffekter som kan ge felaktiga resultat."
Signaturen till ett magnetfält som pekar mot eller bort från jorden är känd som Zeeman-effekten och observeras som en delning av en radiofrekvenslinje.
"En analogi skulle vara när du skannar radioratten och får samma station åtskild med ett litet tomt utrymme," förklarade Robishaw. "Storleken på det tomma utrymmet är direkt proportionellt mot styrkan hos magnetfältet på platsen i rymden där stationen sänds."
Signalen sänds i detta fall vid 1420 MHz på radioväljaren av interstellärt väte - den enklaste och vanligaste atomen i universum. Sändaren ligger 1750 ljusår bort i Orion-konstellationen.
Antennen som fick dessa radiosändningar är National Science Foundation: s Green Bank Telescope (GBT), som drivs av National Radio Astronomy Observatory. Teleskopet, 148 meter (485 fot) högt och med en skål 100 meter (300 fot) i diameter, ligger i West Virginia där 13 000 kvadrat miles har avsatts som National Radio Quiet Zone. Detta gör det möjligt för radioastronomer att observera radiovågor som kommer från rymden utan störningar från manliga signaler.
Med hjälp av GBT observerade Robishaw och Heiles radiovågor längs skivor över Molens molekylära moln och fann att magnetfältet vänd sin riktning och pekade mot jorden på molnens övre sida och bort från det på botten. De använde tidigare observationer av stjärnljus för att undersöka hur magnetfältet framför molnet är orienterat. (Det finns inget sätt att få information om vad som händer bakom molnet eftersom molnet är så tätt att varken optiskt ljus eller radiovågor kan tränga igenom det.) När de kombinerade alla tillgängliga mätningar framkom bilden av ett korkskruvmönster som lindar sig runt molnet .
"Dessa resultat var oerhört spännande för mig av flera skäl," sade Robishaw. "Det finns det vetenskapliga resultatet av en spiralformad fältstruktur. Sedan finns det den framgångsrika mätningen: Den här typen av observationer är mycket svåra, och det tog dussintals timmar på teleskopet bara för att förstå hur denna enorma maträtt svarar på de polariserade radiovågorna som är ett magnetfälts signatur. "
Resultaten av dessa undersökningar föreslog Robishaw och Heiles att GBT inte bara är oöverträffad bland stora radioteleskop för mätning av magnetfält, utan det är den enda som pålitligt kan upptäcka svaga magnetfält.
Heiles varnade för att det finns en möjlig alternativ förklaring till den observerade magnetfältstrukturen: Fältet kan vara lindat runt molnets framsida.
"Det är ett väldigt tätt föremål," sade Heiles. "Det råkar också ligga inuti det ihåliga utskalet av en mycket stor chockvåg som bildades när många stjärnor exploderade i den närliggande stjärnbilden Eridanus."
Den chockvågen skulle ha bärt magnetfältet med sig, sa han, ”tills den nådde molekylmolnet! Magnetfältlinjerna skulle sträckas över molnens yta och lindas runt sidorna. Signaturen för en sådan konfiguration skulle vara mycket lik den vi ser nu. Det som verkligen övertygar oss om att det här är ett spiralformat fält är att det verkar finnas en konstant tonhöjdsvinkel mot fältlinjerna över molns ansikte. ”
Situationen kan dock klargöras genom ytterligare forskning. Robishaw och Heiles planerar att utöka sina mätningar i detta moln och andra med GBT. De kommer också att samarbeta med kanadensiska kollegor för att använda stjärnbelysning för att mäta fältet inför detta och andra moln.
"Förhoppningen är att tillhandahålla tillräckligt med bevis för att förstå vad den verkliga strukturen för detta magnetfält är," sade Heiles. "En tydlig förståelse är avgörande för att verkligen förstå de processer som molekylära moln bildar stjärnor i Vintergalaxen."
Forskningen stöds av National Science Foundation.
