Zusammengesetztes Bild von NGC 4217. (Y. Stein et al.) Spiralgalaxien sehen schön und aufgeräumt aus, da die meisten ihrer Sterne und Gase auf einer Scheibe eingeschlossen sind, die ordentlich in wirbelnden Spiralarmen angeordnet ist. Aber eine Galaxie hat viel mehr zu bieten als das, was wir sehen können, wie ein neues Bild unsichtbarer Phänomene geschickt demonstriert.
Das Bild zeigt eine Galaxie namens NGC 4217, etwa 67 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt, von der Seite betrachtet – und inmitten einer kartierten Visualisierung des riesigen, komplexen Magnetfelds der Galaxie, das sich etwa 22.500 Lichtjahre in den Weltraum erstreckt um NGC 4217.
Da wir nicht viel darüber wissen, wie galaktische Magnetfelder erzeugt und aufrechterhalten werden, hoffen Astronomen, dass die Erkenntnisse aus dieser neuen Karte auf unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, übertragen werden können.
„Galaxie NGC 4217 ist für uns von besonderem Interesse“ sagte Astronom und Physiker Yelena Stein, früher an der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland und jetzt am Centre de Données astronomiques de Straßburg in Frankreich.
„Dieses Bild zeigt deutlich, dass wir, wenn wir an Galaxien wie die Milchstraße denken, nicht vergessen sollten, dass sie über galaxienweite Magnetfelder verfügen.“ Sie hat hinzugefügt .
Magnetfelder sind unsichtbare Felder, die eine Kraft auf magnetisch empfindliche Partikel ausüben. Sie können durch Magnete, aber auch durch elektrische Ströme und wechselnde elektrische Felder erzeugt werden.
Nur weil Magnetfelder unsichtbar sind, heißt das nicht, dass sie nicht nachweisbar sind. Astronomen verfügen zunächst über eine sehr clevere Möglichkeit, Magnetfelder in entfernten Galaxien zu erkennen kosmische Strahlung Dabei handelt es sich um subatomare Teilchen, die sich auf ihrem Weg durch den Weltraum mit erheblichen Bruchteilen der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.
Wenn Elektronen der kosmischen Strahlung in den Schockfronten von Supernova-Überresten beschleunigt werden, können sie nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Diese relativistischen Elektronen drehen sich dann entlang magnetischer Feldlinien und erzeugen Radiowellen, sogenannte Synchrotronemissionen, über einen weiten Wellenlängenbereich. A Synchrotron ist ein Elektronenbeschleuniger.
Es ist diese Synchrotronemission, die hier auf der Erde nachgewiesen werden kann, um ein Magnetfeld zu rekonstruieren. Astronomen nutzen jedoch nicht nur die Stärke der Emission, sondern auch die Polarisation, also die Art und Weise, wie die Radiowellen verdreht sind. Diese Polarisation zeigt, wie die Magnetfeldlinien ausgerichtet sind.
Mit dieser Technik kartierte das Team das Magnetfeld um NGC 4217 mithilfe des Radioastronomie-Observatoriums Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico und des Radioteleskopnetzwerks Low-Frequency Array mit Sitz in den Niederlanden.
Zusammengesetztes Bild von NGC 4217. ( Y. Stein, NRAO, SDSS, KPNO 0,9 m, J. English, R.-J. Dettmar, A. Miskolczi, R.J. Rand und J. Irwin )
Ihre Ergebnisse zeigten ein großes, X-förmiges Magnetfeld. Es ist nicht sehr stark, mit einer durchschnittlichen Gesamtstärke von 9 Mikrogauss oder Millionstel Gauss im Vergleich zu 0,5 Gauss durchschnittliche Stärke des Erdmagnetfelds .
Allerdings ist er riesig und erstreckt sich bis zu 22.500 Lichtjahre über und unter der galaktischen Scheibe. Das ist nicht ungewöhnlich; Mehrere sternbildende Galaxien haben, wenn man sie von der Seite betrachtet, ein ähnlich geformtes Magnetfeld.
Darüber hinaus fand das Team eine helixförmige Struktur und zwei große „Superblasen“-Strukturen. Diese Superblasen entstehen in zwei Arten von Regionen: dort, wo viele massereiche Sterne ihr Leben in Supernovae beenden; und diejenigen, in denen Sterne geboren werden, ein Prozess, der starke Sternwinde erzeugt. Die gleichen Strukturen an den beiden unterschiedlichen Standorten legen nahe, dass die Prozesse verknüpft sein könnten.
„Es ist faszinierend, dass wir in jeder Galaxie unerwartete Phänomene entdecken, wenn wir Radiopolarisationsmessungen verwenden“, sagte der Astronom Rainer Beck des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Deutschland.
„Hier in NGC 4217 sind es riesige magnetische Gasblasen und ein Helix-Magnetfeld, das sich spiralförmig nach oben in den Halo der Galaxie bewegt.“
Die Forscher fanden auch etwas wirklich Seltsames – große Schleifen im Magnetfeld entlang der gesamten Galaxie.
„Das wurde noch nie zuvor beobachtet“, sagte Stein . „Wir vermuten, dass die Strukturen durch Sternentstehung entstehen, denn an diesen Stellen wird Materie nach außen geschleudert.“
Obwohl der Mechanismus hinter galaktischen Magnetfeldern unklar ist, lautet die führende Hypothese, dass sie von einem Dynamo erzeugt und aufrechterhalten werden. Dabei handelt es sich um eine rotierende, konvektive und elektrisch leitende Flüssigkeit, die kinetische Energie in magnetische Energie umwandelt.
Auf der Erde gibt es diese Flüssigkeit geschmolzenes Eisen im äußeren Kern . In der Sonne ist diese Flüssigkeit Plasma . Auch in Scheibengalaxien wird angenommen, dass die Dynamoflüssigkeit Plasma ist. Es sei möglich, so die Forscher, dass Supernova-Explosionen und die Coriolis-Kraft in Kombination mit Scherbewegungen große, regelmäßige Magnetfelder erzeugen, während einfallendes Gas Turbulenzen erzeugen kann, die zu Asymmetrien führen.
Tiefere Beobachtungen der Galaxie könnten detailliertere Daten über ihr Magnetfeld liefern und so wiederum dabei helfen, die Prozesse zu verstehen, die sowohl für die Ordnung als auch für das Chaos in ihrem Magnetfeld sorgen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik .