Kæmpe magnetiske felter i universet

Astronomer fra Bonn og Tautenburg i Thüringen (Tyskland) brugte 100-m radioteleskopet ved Effelsberg til at observere flere galaksehobe. Ved kanten af ​​disse store ophobninger af mørkt stof, stjernesystemer (galakser), varm gas, og ladede partikler, de fandt magnetiske felter, der undtagelsesvis er ordnet over afstande på mange millioner lysår. Dette gør dem til de mest udstrakte magnetfelter i universet, der hidtil er kendt.

Resultaterne vil blive offentliggjort den 22. marts i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

Galaksehobe er de største gravitationsbundne strukturer i universet. Med en typisk udstrækning på omkring 10 millioner lysår, dvs. 100 gange Mælkevejens diameter, de er vært for et stort antal af sådanne stjernesystemer, sammen med varm gas, magnetiske felter, ladede partikler, indlejret i store glorier af mørkt stof, hvis sammensætning er ukendt. Kollision af galaksehobe fører til en stødkomprimering af den varme hobegas og af magnetfelterne. De resulterende bue-lignende funktioner kaldes "relikvier" og skiller sig ud ved deres radio- og røntgenstråling. Siden deres opdagelse i 1970 med et radioteleskop nær Cambridge/UK, relikvier blev fundet i omkring 70 galaksehobe indtil videre, men der vil sandsynligvis eksistere mange flere. De er budbringere af enorme gasstrømme, der kontinuerligt former universets struktur.

Radiobølger er fremragende sporere af relikvier. Kompressionen af ​​magnetiske felter ordner feltlinjerne, hvilket også påvirker de udsendte radiobølger. Mere præcist, emissionen bliver lineært polariseret. Denne effekt blev opdaget i fire galaksehobe af et team af forskere ved Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn (MPIfR), Argelander Institute for Radio Astronomy ved universitetet i Bonn (AIfA), Thüringen statsobservatorium i Tautenburg (TLS), og kolleger i Cambridge/USA. De brugte MPIfR's 100-m radioteleskop nær Bad Münstereifel-Effelsberg i Eifel-bakkerne ved bølgelængder på 3 cm og 6 cm. Sådanne korte bølgelængder er fordelagtige, fordi den polariserede emission ikke formindskes, når den passerer gennem galaksehoben og vores Mælkevej. Fig. 1 viser den mest spektakulære sag.

Lineært polariserede relikvier blev fundet i de fire observerede galaksehobe, i ét tilfælde for første gang. De magnetiske felter er af samme styrke som i vores Mælkevej, mens de målte grader af polarisering på op til 50 % er usædvanligt høje, indikerer, at emissionen stammer fra et ekstremt ordnet magnetfelt. "Vi opdagede de hidtil største ordnede magnetiske felter i universet, strækker sig over 5-6 millioner lysår", siger Maja Kierdorf fra MPIfR Bonn, projektlederen og førsteforfatteren til publikationen. Hun skrev også sit speciale ved Bonn Universitet om dette emne. Til dette projekt, medforfatter Matthias Hoeft fra TLS Tautenburg udviklede en metode, der gør det muligt at bestemme "Mach-tallet", dvs. forholdet mellem den relative hastighed mellem de kolliderende gasskyer og den lokale lydhastighed, ved hjælp af den observerede grad af polarisering. De resulterende Mach-tal på omkring to fortæller os, at galaksehobene kolliderer med hastigheder på omkring 2000 km/s, hvilket er hurtigere end tidligere afledt af målinger af røntgenstrålingen.

De nye observationer fra Effelsberg-teleskopet viser, at polariseringsplanet for radioemissionen fra relikvier drejer med bølgelængde. Denne "Faraday rotationseffekt", opkaldt efter den engelske fysiker Michael Faraday, indikerer, at der også findes ordnede magnetfelter mellem klyngerne og, sammen med varm gas, forårsage rotation af polarisationsplanet. Sådanne magnetiske felter kan være endnu større end klyngerne selv.

"Effelsberg-radioteleskopet viste sig igen at være et ideelt instrument til at detektere magnetiske felter i universet", understreger medforfatter Rainer Beck fra MPIfR, der har arbejdet med dette emne i mere end 40 år. "Nu kan vi systematisk søge efter ordnede magnetiske felter i galaksehobe ved hjælp af polariserede radiobølger."