Een pluim voor de wetenschappers van het Max Planck Institut en een internationaal team van radioastronomen voor een ongelooflijk gedetailleerde nieuwe kaart van de magnetische velden van ons sterrenstelsel! Deze unieke all-sky kaart heeft zijn voorgangers overtroffen en geeft ons meer inzicht in de magnetische veldstructuur van de Melkweg dan tot nu toe gezien. Wat is er zo speciaal aan deze? Het toont ons een kwaliteit die bekend staat als Faraday-diepte - een concept dat werkt langs een specifieke gezichtslijn. Om de kaart te construeren, werden gegevens samengevoegd uit 41.000 metingen verzameld met een nieuwe beeldreconstructietechniek. We kunnen nu niet alleen de hoofdstructuur van galactische velden zien, maar ook minder voor de hand liggende kenmerken zoals turbulentie in galactisch gas.
Wat betekent zo'n nieuwe kaart precies? Alle sterrenstelsels hebben magnetische velden, maar hun bron is een mysterie. Vanaf nu kunnen we alleen maar raden dat ze optreden als gevolg van dynamoprocessen ... waarbij mechanische energie wordt omgezet in magnetische energie. Dit type creatie is volkomen normaal en gebeurt hier op aarde, de zon, en zelfs op kleinere schaal zoals een handgestuurde radio - of een Faraday-zaklamp! Door ons te laten zien waar magnetische veldstructuren in de Melkweg voorkomen, kunnen we galactische dynamo's beter begrijpen.
De afgelopen anderhalve eeuw zijn we bekend met de rotatie van Faraday en wetenschappers gebruiken het om kosmische magnetische velden te meten. Deze actie vindt plaats wanneer gepolariseerd licht door een gemagnetiseerd medium gaat en het polarisatievlak draait. De mate van draaiing is afhankelijk van de sterkte en richting van het magnetische veld. Door observatie van de rotatie kunnen we de eigenschappen van de tussenliggende magnetische velden verder begrijpen. Radioastronomen verzamelen en onderzoeken het gepolariseerde licht van verre radiobronnen die door onze melkweg gaan op weg naar ons. Het Faraday-effect kan vervolgens worden beoordeeld door de bronpolarisatie op verschillende frequenties te meten. Deze metingen kunnen ons echter alleen vertellen over het ene pad door de Melkweg. Om de dingen als een geheel te zien, moet je weten hoeveel bronnen er verspreid zijn over de zichtbare hemel. Hier speelde de internationale groep radioastronomen een belangrijke rol. Ze bewezen gegevens van 26 verschillende projecten die in totaal 41.300 nauwkeurige bronnen opleverden - gemiddeld ongeveer één radiobron per vierkante hemel.
Hoewel dat klinkt als een schat aan informatie, is het nog steeds niet echt genoeg. Er zijn enorme gebieden, vooral aan de zuidelijke hemel, waar slechts een paar metingen bestaan. Door dit gebrek aan data moeten we interpoleren tussen bestaande datapunten en dat levert zijn eigen problemen op. Ten eerste varieert de nauwkeurigheid en moeten nauwkeurigere metingen helpen. Astronomen weten ook niet precies hoe betrouwbaar een enkele meting kan zijn - ze moeten gewoon hun beste schatting maken op basis van de informatie die ze hebben. Toch bestaan er nog andere problemen. Er zijn meetonzekerheden vanwege de complexe aard van het proces. Een kleine fout kan vertienvoudigen en dit kan de kaart in de war brengen als deze niet wordt gecorrigeerd. Om deze problemen op te lossen, ontwikkelden wetenschappers van MPA een nieuw algoritme voor het vastleggen van afbeeldingen, genaamd de 'extended critical filter'. Bij de creatie maakt het team gebruik van tools die worden aangeboden door de nieuwe discipline die bekend staat als informatieveldtheorie - een krachtig hulpmiddel dat logische en statistische methoden combineert met toegepaste velden en het opstapelt tegen onnauwkeurige informatie. Dit nieuwe werk is opwindend omdat het ook kan worden toegepast op andere beeldvormings- en signaalverwerkingslocaties op alternatieve wetenschappelijke gebieden.
“Naast de gedetailleerde dieptekaart van Faraday (figuur 1), biedt het algoritme een kaart van de onzekerheden (figuur 2). Vooral in de galactische schijf en in het minder goed waargenomen gebied rond de zuidelijk hemelpool (kwadrant rechtsonder) zijn de onzekerheden aanzienlijk groter. ” zegt het team. “Om de structuren in het galactische magnetische veld beter te benadrukken, is in Figuur 3 (hierboven) het effect van de galactische schijf verwijderd, zodat zwakkere kenmerken boven en onder de galactische schijf beter zichtbaar zijn. Dit onthult niet alleen de opvallende horizontale band van de gasschijf van onze Melkweg in het midden van de afbeelding, maar ook dat de magnetische veldrichtingen boven en onder de schijf tegengesteld lijken te zijn. Er vindt ook een analoge richtingverandering plaats tussen de linker- en rechterkant van het beeld, van de ene kant van het centrum van de Melkweg naar de andere. '
Het goede nieuws is dat de galactische dynamo-theorie perfect lijkt te zijn. Het heeft symmetrische structuren voorspeld en de nieuwe kaart weerspiegelt het. In deze projectie staan de magnetische velden parallel aan het vlak van de galactische schijf in een spiraal. Deze richting is tegengesteld boven en onder de schijf en de waargenomen symmetrieën in de Faraday-kaart komen voort uit onze locatie binnen de galactische schijf. Hier zien we zowel grote als kleine structuren verbonden met de turbulente, dynamische gasstructuren van de Melkweg. Dit nieuwe kaartalgoritme heeft ook een geweldige zijlijn ... het kenmerkt de grootteverdeling van deze structuren. Grotere zijn meer definitief dan kleinere, wat normaal is voor turbulente systemen. Dit spectrum kan vervolgens worden gestapeld tegen computermodellen van dynamica - waardoor ingewikkelde tests van de galactische dynamomodellen mogelijk zijn.
Deze ongelooflijke nieuwe kaart is meer dan zomaar een mooi gezicht in de astronomie. Door informatie te verstrekken over extragalactische magnetische velden, zorgen we ervoor dat radiotelescoopprojecten zoals LOFAR, eVLA, ASKAP, Meerkat en de SKA naar nieuwe hoogten stijgen. Hiermee komen nog meer updates van de Faraday Sky en wordt het mysterie van de oorsprong van galactische magnetische velden onthuld.
Oorspronkelijke verhaalbron: Max Planck Institut for Astrophysics News Release. Voor verder lezen: een verbeterde kaart van de galactische Faraday-hemel ”. Download de kaart HIER.
