Astronomen uit Bonn en Tautenburg in Thüringen (Duitsland) gebruikten de 100-m radiotelescoop op Effelsberg om verschillende clusters van sterrenstelsels te observeren. Aan de randen van deze grote opeenhopingen van donkere materie, stellaire systemen (sterrenstelsels), heet gas, en geladen deeltjes, ze vonden magnetische velden die uitzonderlijk geordend zijn over afstanden van vele miljoenen lichtjaren. Dit maakt ze tot de meest uitgebreide magnetische velden in het universum die tot nu toe bekend zijn.

De resultaten worden op 22 maart gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica .

Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste door zwaartekracht gebonden structuren in het heelal. Met een typische omvang van ongeveer 10 miljoen lichtjaar, d.w.z. 100 keer de diameter van de Melkweg, ze herbergen een groot aantal van dergelijke sterrenstelsels, samen met heet gas, magnetische velden, geladen deeltjes, ingebed in grote halo's van donkere materie, waarvan de samenstelling niet bekend is. Botsing van clusters van melkwegstelsels leidt tot een schokcompressie van het hete clustergas en van de magnetische velden. De resulterende boogachtige kenmerken worden "relikwieën" genoemd en vallen op door hun radio- en röntgenstraling. Sinds hun ontdekking in 1970 met een radiotelescoop in de buurt van Cambridge/UK, relikwieën zijn tot nu toe gevonden in ongeveer 70 clusters van sterrenstelsels, maar er zullen er waarschijnlijk nog veel meer zijn. Het zijn boodschappers van enorme gasstromen die continu de structuur van het universum vormgeven.

Radiogolven zijn uitstekende tracers van relikwieën. De compressie van magnetische velden ordent de veldlijnen, die ook de uitgezonden radiogolven beïnvloedt. Preciezer, de emissie wordt lineair gepolariseerd. Dit effect werd gedetecteerd in vier clusters van sterrenstelsels door een team van onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn (MPIfR), het Argelander Instituut voor Radioastronomie aan de Universiteit van Bonn (AIfA), het Thüringer Staatsobservatorium in Tautenburg (TLS), en collega's in Cambridge/VS. Ze gebruikten de 100 meter lange radiotelescoop van de MPIfR bij Bad Münstereifel-Effelsberg in de Eifel bij golflengten van 3 cm en 6 cm. Dergelijke korte golflengten zijn voordelig omdat de gepolariseerde emissie niet wordt verminderd bij het passeren van de melkwegcluster en onze Melkweg. Fig.1 toont het meest spectaculaire geval.

Er werden lineair gepolariseerde relikwieën gevonden in de vier waargenomen clusters van sterrenstelsels, in één geval voor het eerst. De magnetische velden zijn even sterk als in onze Melkweg, terwijl de gemeten polarisatiegraden tot 50% uitzonderlijk hoog zijn, wat aangeeft dat de emissie afkomstig is van een extreem geordend magnetisch veld. "We hebben de tot nu toe grootste geordende magnetische velden in het universum ontdekt, die zich uitstrekt over 5-6 miljoen lichtjaar", zegt Maja Kierdorf van MPIfR Bonn, de projectleider en eerste auteur van de publicatie. Ook schreef ze haar Master Thesis aan de Universiteit van Bonn over dit onderwerp. Voor dit project, co-auteur Matthias Hoeft van TLS Tautenburg ontwikkelde een methode waarmee het "Mach-getal" kan worden bepaald, d.w.z. de verhouding van de relatieve snelheid tussen de botsende gaswolken en de lokale geluidssnelheid, met behulp van de waargenomen polarisatiegraad. De resulterende Mach-getallen van ongeveer twee vertellen ons dat de clusters van sterrenstelsels botsen met snelheden van ongeveer 2000 km/s, wat sneller is dan eerder afgeleid uit metingen van de röntgenstraling.

De nieuwe waarnemingen van de Effelsberg-telescoop laten zien dat het polarisatievlak van de radio-emissie van de relikwieën met de golflengte meedraait. Dit "Faraday-rotatie-effect", genoemd naar de Engelse natuurkundige Michael Faraday, geeft aan dat geordende magnetische velden ook bestaan ​​tussen de clusters en, samen met heet gas, veroorzaken de rotatie van het polarisatievlak. Dergelijke magnetische velden kunnen zelfs groter zijn dan de clusters zelf.

"De Effelsberg radiotelescoop bleek opnieuw een ideaal instrument om magnetische velden in het heelal te detecteren", benadrukt co-auteur Rainer Beck van MPIfR die al meer dan 40 jaar aan dit onderwerp werkt. "Nu kunnen we systematisch zoeken naar geordende magnetische velden in clusters van sterrenstelsels met behulp van gepolariseerde radiogolven."