Kudos till forskarna vid Max Planck Institut och ett internationellt team av radioastronomer för en otroligt detaljerad ny karta över vår galax magnetfält! Denna unika karta med all himmel har överträffat sina föregångare och ger oss inblick i mjölkvägens magnetfältstruktur utöver allt hittills sett. Vad är så speciellt med den här? Det visar oss en kvalitet som kallas Faraday-djupet - ett koncept som fungerar längs en specifik siktlinje. För att konstruera kartan smältes data från 41 000 mätningar som samlats in från en ny bildrekonstruktionsteknik. Vi kan nu inte bara se de viktigaste strukturerna i galaktiska fält, utan mindre uppenbara funktioner som turbulens i galaktisk gas.
Så, vad betyder en ny karta av den här typen? Alla galaxer har magnetfält, men deras källa är ett mysterium. Från och med nu kan vi bara gissa att de uppstår på grund av dynamo-processer ... där mekanisk energi förvandlas till magnetisk energi. Denna typ av skapelse är helt normal och händer här på jorden, solen och till och med i mindre skala som en hand-vevdriven radio - eller en Faraday-ficklampa! Genom att visa oss var magnetfältstrukturer förekommer i Vintergatan, kan vi få en bättre förståelse av galaktiska dynamos.
Under ett och ett halvt sekel har vi känt till Faradays rotation och forskare använder den för att mäta kosmiska magnetfält. Denna åtgärd sker när polariserat ljus går igenom ett magnetiserat medium och polarisationsplanet kretsar. Mängden varv är beroende av magnetfältets styrka och riktning. Genom att observera rotationen kan vi ytterligare förstå egenskaperna hos de mellanliggande magnetfälten. Radioastronomer samlar och undersöker det polariserade ljuset från avlägsna radiokällor som passerar genom vår galax på väg till oss. Faraday-effekten kan sedan bedömas genom att mäta källpolarisationen vid olika frekvenser. Dessa mätningar kan emellertid bara berätta om den ena vägen genom Vintergatan. För att se saker som helhet måste man veta hur många källor som är spridda över den synliga himlen. Det är här den internationella gruppen radioastronomer spelade en viktig roll. De bevisade data från 26 olika projekt som gav en total summa av 41 300 kortkällor - i genomsnitt cirka en radiokälla per kvadratgrad himmel.
Även om det låter som en mängd information, räcker det fortfarande inte riktigt. Det finns enorma områden, särskilt på den södra himlen, där det bara finns några få mätningar. På grund av denna brist på data måste vi interpolera mellan befintliga datapunkter och det skapar egna problem. För det första varierar noggrannheten och mer exakta mätningar bör hjälpa. Astronomer är också inte riktigt säkra på hur pålitlig en enda mätning kan vara - de måste bara ta sin bästa gissning baserat på vilken information de har. Det finns fortfarande andra problem. Det finns mätosäkerheter på grund av processens komplexa karaktär. Ett litet fel kan öka med tiofaldigt och detta kan snurra kartan om den inte korrigeras. För att hjälpa till att lösa dessa problem utvecklade forskare vid MPA en ny algoritm för bildtagning, benämnd ”det utvidgade kritiska filtret”. I skapandet använder teamet verktyg som tillhandahålls av den nya disciplinen som kallas informationsfältsteori - ett kraftfullt verktyg som blandar logiska och statistiska metoder till tillämpade fält och staplar den mot felaktig information. Detta nya arbete är spännande eftersom det också kan tillämpas på andra bild- och signalbehandlingsplatser inom olika vetenskapliga områden.
”Förutom den detaljerade Faraday-djupkartan (fig. 1) ger algoritmen en karta över osäkerheterna (fig. 2). Särskilt på den galaktiska skivan och i det mindre väl observerade området runt den södra himmelpolen (kvadrant längst ner till höger) är osäkerheten betydligt större. ” säger laget. ”För att bättre betona strukturerna i det galaktiska magnetfältet, i figur 3 (ovan) har effekten av den galaktiska disken tagits bort så att svagare funktioner över och under den galaktiska disken är mer synliga. Detta avslöjar inte bara det iögonfallande horisontella bandet på gasskivan i vår Vintergata mitt i bilden, utan också att magnetfältets riktningar verkar vara motsatta över och under skivan. En analog riktningsförändring sker också mellan bildens vänstra och högra sida, från ena sidan av Vintergatan till den andra. "
Den goda nyheten är att den galaktiska dynamo-teorin verkar vara på plats. Den har förutspått symmetriska strukturer och den nya kartan återspeglar den. I denna projektion är de magnetiska fälten fodrade parallellt med planet för den galaktiska skivan i en spiral. Denna riktning är motsatt över och under skivan och de observerade symmetrierna på Faraday-kartan uppstår från vår plats inom den galaktiska skivan. Här ser vi både stora och små strukturer bundna till de turbulenta, dynamiska Milky Way-gasstrukturerna. Denna nya kartalgoritm har också en stor sidlinje ... den kännetecknar storleksfördelningen för dessa strukturer. Större är mer definitiva än mindre, vilket är normalt för turbulenta system. Detta spektrum kan sedan staplas mot datormodeller av dynamik - vilket möjliggör intrikata tester av de galaktiska dynamomodellerna.
Denna otroliga nya karta är mer än bara ett vackert ansikte i astronomin. Genom att tillhandahålla information om extragalaktiska magnetfält gör vi det möjligt för radioteleskopprojekt som LOFAR, eVLA, ASKAP, Meerkat och SKA att stiga till nya höjder. Med detta kommer ännu fler uppdateringar av Faraday Sky och avslöjar mysteriet om ursprunget till galaktiska magnetfält.
Original berättelse källa: Max Planck Institut för Astrophysics nyhetsmeddelande. För vidare läsning: En förbättrad karta över den galaktiska Faraday-himlen. Ladda ner kartan HÄR.
