Galaktyka Drogi Mlecznej ma własne pole magnetyczne. Jest niezwykle słaby w porównaniu do Ziemi; w rzeczywistości tysiące razy słabszy. Ale astronomowie chcą dowiedzieć się więcej na ten temat, ponieważ mogą nam powiedzieć o tworzeniu gwiazd, promieniach kosmicznych i wielu innych procesach astrofizycznych.
Zespół astronomów z Curtin University w Australii i CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) badali pole magnetyczne Drogi Mlecznej i opublikowali najbardziej obszerny katalog pomiarów pola magnetycznego Drogi Mlecznej w 3D.
Artykuł zatytułowany jest: „Obroty Faradaya o niskiej częstotliwości mierzą w kierunku pulsarów za pomocą LOFAR: sondowanie galaktycznego halo pola magnetycznego”. Został opublikowany w miesięcznych zawiadomieniach Royal Astronomical Society w kwietniu 2019 r. Głównym autorem jest dr Charlotte Sobey, współpracownik uniwersytetu na Curtin University. W skład zespołu wchodzą naukowcy z Kanady, Europy i Południowej Afryki.
Zespół współpracował z LOFAR, czyli europejskim radioteleskopem Low-Frequency Array. LOFAR działa na częstotliwościach radiowych poniżej 250 MHz i składa się z wielu anten rozmieszczonych na obszarze 1500 km w Europie, z rdzeniem w Holandii.
Zespół skompletował największy do tej pory katalog natężeń pola magnetycznego i kierunków w kierunku pulsarów. Dysponując tymi danymi, byli w stanie oszacować malejące natężenie pola Drogi Mlecznej wraz z odległością od płaszczyzny galaktyki, w której znajdują się ramiona spiralne.
W komunikacie prasowym główny autor Sobey powiedział: „Użyliśmy pulsarów, aby skutecznie sondować pole magnetyczne Galaktyki w 3D. Pulsary są rozmieszczone w całej Drodze Mlecznej, a interweniujący materiał w Galaktyce wpływa na ich emisję fal radiowych. ”
Wolne elektrony i pole magnetyczne w naszej Galaktyce między pulsarem a nami wpływają na fale radiowe emitowane przez pulsary. W wywiadzie e-mailowym z dr Sobey powiedziała nam: „Chociaż te efekty wymagają korekty, aby zbadać sygnały pulsarów, są one naprawdę przydatne do dostarczania informacji o naszej Galaktyce, których inaczej nie można byłoby uzyskać”.
Gdy fale radiowe pulsara przemieszczają się przez galaktykę, podlegają one zjawisku zwanemu dyspersją z powodu interweniowania wolnych elektronów. Oznacza to, że fale radiowe o wyższej częstotliwości docierają wcześniej niż fale o niższej częstotliwości. Dane z LOFAR pozwalają astronomom zmierzyć tę różnicę, zwaną „miarą dyspersji” lub DM. DM mówi astronomom, ile wolnych elektronów znajduje się między nami a pulsarem. Jeśli DM jest wyższy, oznacza to, że albo pulsar jest dalej, albo ośrodek międzygwiezdny jest gęstszy.
To tylko jeden z czynników pomiaru pola magnetycznego Drogi Mlecznej. Drugi dotyczy gęstości elektronowej i pola magnetycznego ośrodka międzygwiezdnego.
Emisje pulsarowe są często spolaryzowane, a gdy światło spolaryzowane przepływa przez plazmę z polem magnetycznym, płaszczyzna obrotu obraca się. To się nazywa Rotacja Faradaya lub Efekt Faradaya. Teleskopy radiowe mogą mierzyć ten obrót i nazywa się to miarą rotacji Faradaya (RM). Według dr Sobeya: „To pokazuje nam liczbę wolnych elektronów i siłę pola magnetycznego równoległego do linii wzroku, a także kierunek siatki. Im większa bezwzględna RM oznacza więcej elektronów i / lub większą siłę pola, z powodu większych odległości lub w kierunku płaszczyzny Galaktyki. ”
Na podstawie tych danych badacze oszacowali następnie średnią siłę pola magnetycznego Drogi Mlecznej w kierunku każdego pulsara w katalogu, dzieląc miarę rotacji przez miarę dyspersji. I tak stworzyli mapę. Każdy pojedynczy pomiar pulsara stanowi jeden punkt na mapie. Jak powiedział dr Sobey dla czasopisma Space Magazine, „Uzyskanie tych pomiarów dla dużej liczby pulsarów (które mają pomiary odległości lub szacunki) pozwala nam zrekonstruować mapę struktury galaktycznej gęstości elektronowej i pola magnetycznego w 3D.”
Po co więc mieć mapę struktury magnetycznej Drogi Mlecznej w 3D?
Pole magnetyczne galaktyki wpływa na wszelkiego rodzaju procesy astrofizyczne w różnych skalach siły i odległości.
Pole magnetyczne kształtuje ścieżkę, którą podążają promienie kosmiczne. Kiedy więc astronomowie badają odległe źródło promieni kosmicznych, takie jak aktywne jądro galaktyczne (AGN), wiedza o sile pola magnetycznego może pomóc im zrozumieć ich przedmiot badań.
Pole magnetyczne galaktyki odgrywa również rolę w tworzeniu gwiazd. Chociaż efekt nie jest w pełni zrozumiały, siła pola magnetycznego może wpływać na chmury molekularne. Sobey powiedział UT: „W mniejszych skalach (rzędu parsów) pola magnetyczne odgrywają rolę w tworzeniu gwiazd, przy zbyt słabym lub silnym polu w chmurze molekularnej, prawdopodobnie hamującym zapadanie się chmury w układ gwiezdny”.
Ten nowy katalog opiera się na obserwacjach 137 pulsarów na niebie północnym. Autorzy twierdzą, że ich katalog „poprawia precyzję istniejących pomiarów RM średnio 20-krotnie”. Mówią także „Ogólnie rzecz biorąc, nasz początkowy katalog niskiej częstotliwości dostarcza cennych informacji o strukturze 3D galaktycznego pola magnetycznego”.
Ale dr Sobey nie skończył jeszcze mapować siły pola magnetycznego Drogi Mlecznej. Teraz używa australijskiej matrycy Murchison Widefield Array do mapowania pola magnetycznego na południowym niebie. I oba te wysiłki mapowania prowadzą do czegoś lepszego.
Największy na świecie radioteleskop znajduje się obecnie w fazie planowania. Nazywa się on Square Kilometer Array (SKA) i zostanie zbudowany zarówno w Australii, jak i Południowej Afryce. Jego stacje odbiorcze rozciągną się do 3000 kilometrów (1900 mil) od centralnego rdzenia. Ogromny rozmiar i odległość między odbiornikami zapewni nam obrazy o najwyższej rozdzielczości w całej astronomii.
W poście na blogu CSIRO dr Sobey powiedział: „Moja praca w przyszłości będzie się koncentrować na budowaniu nauki za pomocą teleskopu SKA, który obecnie wchodzi w końcowe etapy fazy planowania. Jednym z długoterminowych celów nauki SKA jest zrewolucjonizowanie naszego rozumienia naszej galaktyki, w tym stworzenie szczegółowej mapy struktury naszej galaktyki (co jest trudne, ponieważ jesteśmy w niej zlokalizowani!), W szczególności jej pola magnetycznego ”.
Pole magnetyczne Drogi Mlecznej nie będzie miało gdzie się schować.
Więcej:
- Informacja prasowa: Mapowanie pola magnetycznego naszej galaktyki
- Artykuł badawczy: Pomiary rotacji Faradaya o niskiej częstotliwości w kierunku pulsarów za pomocą LOFAR: sondowanie galaktycznego halo pola magnetycznego 3D
- Interaktywna mapa LOFAR
