Kuglehob bølger i den galaktiske vind

Det galaktiske magnetfelt spiller en vigtig rolle i galaksens udvikling, men dens opførsel i lille skala er stadig dårligt kendt. Det er også uvist, om det gennemsyrer galaksens glorie eller ej. Ved at bruge observationer af pulsarer i den globulære klynge 47 Tuc, et internationalt forskerhold ledet af Federico Abbate fra Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland, der startede dette arbejde ved University of Milano Bicocca og INAF-Astronomical Observatory of Cagliari, kunne sondere det galaktiske magnetfelt på skalaer på et par lysår for første gang. De opdagede et uventet stærkt magnetfelt i retning af klyngen. Dette magnetfelt peger vinkelret på den galaktiske skive og kan forklares ved en vekselvirkning med den galaktiske vind. Dette er en magnetiseret udstrømning, der strækker sig fra den galaktiske skive ind i den omgivende glorie, og dens eksistens er aldrig blevet bevist før.

Resultaterne er offentliggjort i denne uges udgave af Natur astronomi .

47 Tucanae, eller 47 Tuc som det normalt kaldes, er en spektakulær kuglehob, der er synlig med det blotte øje i stjernebilledet "Tucana" på den sydlige himmel tæt på den lille magellanske sky. Den første pulsar i denne klynge blev opdaget i 1990 med Parkes 64-m radioteleskop i Australien, og snart blev der fundet flere med det samme teleskop. I øjeblikket er der 25 pulsarer kendt i 47 Tuc. Af denne grund, denne meget velundersøgte kuglehob blev også en af ​​de vigtigste for pulsarastronomer.

Pulsarer er periodiske kilder, der gør det muligt for astronomer at måle det såkaldte spredningsmål, som er en forsinkelse af ankomsttiden for de enkelte impulser ved forskellige frekvenser. Denne forsinkelse er proportional med tætheden af ​​frie elektroner langs vejen fra pulsaren til Jorden. "I 2001 vi bemærkede, at pulsarerne i den anden side af klyngen havde et højere spredningsmål end dem i den nære side, hvilket indebar tilstedeværelsen af ​​gas i klyngen, " siger Paulo Freire fra Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), som ledede en række forskningsprojekter på 47 Tuc.

Det, der gør 47 Tuc endnu mere interessant, er, at klyngen er i en afstand på omkring 15, 000 lysår, placeret i et relativt uforstyrret område i den galaktiske glorie. Haloen omgiver den galaktiske skive og er vært for meget få stjerner og meget små mængder gas. "Pulsarerne i denne klynge kan give os et unikt og hidtil uset indblik i den storstilede geometri af magnetfeltet i den galaktiske halo." siger Federico Abbate, hovedforfatter af papiret og arbejder nu hos MPIfR, der udførte analysen under sin ph.d. ved University of Milano-Bicocca og ved INAF—Cagliari Astronomical Observatory.

At forstå geometrien og styrken af ​​galaktiske magnetfelter er afgørende for at tegne et komplet billede af galaksen. De magnetiske felter kan påvirke stjernedannelsen, regulerer udbredelsen af ​​højenergipartikler og hjælper med at etablere tilstedeværelsen af ​​en udstrømning af gas i galaktisk skala fra skiven til den omgivende halo. På trods af deres betydning, storskala geometrien af ​​magnetfelterne i den galaktiske glorie er ikke fuldt ud kendt.

Magnetiske felter kan ikke observeres direkte, men videnskabsmænd gør brug af de virkninger, de har på det lavdensitetsplasma, der gennemsyrer den galaktiske skive. I dette plasma, elektronerne er adskilt fra atomkernerne, og de opfører sig som små magneter. Elektronerne tiltrækkes af magnetfeltet og tvinges til at kredse om magnetfeltlinjerne, udsender stråling kendt som synkrotronstråling. Bortset fra at udsende deres egen stråling, de frie elektroner efterlader også en ejendommelig signatur på den polariserede stråling, der rejser gennem plasmaet. Det elektromagnetiske felt af den polariserede stråling svinger altid i samme retning, og elektronerne i et magnetiseret medium vil rotere denne retning med forskellige mængder ved forskellige frekvenser. Denne effekt kaldes Faraday-rotation og kan kun måles ved radiofrekvenser.

Observationer af polariseret radioemission virker godt til at begrænse magnetfeltet i den galaktiske skive, hvor plasmaet er tæt nok. I den galaktiske glorie, imidlertid, plasmadensiteten er for lav til direkte at observere virkningerne. Af denne grund, geometrien og styrken af ​​det magnetiske felt i haloen er ukendt, og modeller forudsiger, at det enten kan være parallelt eller vinkelret på skiven. Tilstedeværelsen af ​​en magnetiseret udstrømning fra skiven til haloen er blevet foreslået efter observationer i andre galakser. Det kan også forklare den diffuse røntgenstråling i galaksen.

Nylige observationer af pulsarerne i 47 Tuc, også udført med Parkes radioteleskop i Australien, var i stand til at måle deres polariserede radioemission og deres Faraday-rotation. Disse afslører tilstedeværelsen af ​​et magnetisk felt i kuglehoben, der er overraskende stærkt - så stærkt, faktisk, at den ikke kan vedligeholdes af selve kuglehoben, men kræver en ekstern kilde placeret i den galaktiske glorie. Retningen af ​​det magnetiske felt er kompatibel med retningen af ​​den galaktiske vind, vinkelret på den galaktiske skive. Samspillet mellem den galaktiske vind og hoben danner et stød, der forstærker magnetfeltet til de observerede værdier.

Dette arbejde afslører en ny teknik til at studere magnetfeltet i den galaktiske halo. Denne klynge er et perfekt mål for observationer med det innovative MeerKAT radioteleskop i Sydafrika. "I den nærmeste fremtid, MeerKAT-teleskopet vil i høj grad forbedre polarisationsmålingerne og muligvis ikke kun bekræfte tilstedeværelsen af ​​den galaktiske vind, men også begrænse dens egenskaber, " siger Andrea Possenti fra INAF—Cagliari Astronomical Observatory, som er involveret i den kugleformede pulsars indsats med MeerKAT sammen med MPIfR. Desuden, især dette kraftfulde teleskop med dets videre udvikling mod Square Kilometer Array (SKA) har evnerne til at observere andre kugleformede klynger i glorien og bekræfte resultaterne.