een nieuwe, toegankelijker en veel goedkopere benadering voor het onderzoeken van de topologie en sterkte van interstellaire magnetische velden - die door de ruimte in onze melkweg en daarbuiten weven, die een van de krachtigste krachten in de natuur vertegenwoordigt, is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison.

Samen met de zwaartekracht, magnetische velden spelen een belangrijke rol in veel van de astrofysische processen - van stervorming tot het in beweging brengen van de enorme stof- en gaswolken die de interstellaire ruimte doordringen - die de structuur en samenstelling van sterren ondersteunen, planeten en sterrenstelsels. Op de galactische schaal, magnetische velden domineren de versnelling en voortplanting van kosmische straling, en spelen een belangrijke rol bij de overdracht van warmte en gepolariseerde straling.

Bovendien, de gepolariseerde straling die voortkomt uit galactische magnetische velden overtreft met een orde van grootte die van de kosmische microgolfachtergrond (CMB), de relikwiestraling van de eerste momenten van het heelal. De volgende mijlpaal in het begrijpen van de oorsprong van het universum, sommige wetenschappers geloven, vereist het meten van de gepolariseerde straling van de CMB. belangrijk, het ontrafelen van de topologie van de tussenliggende magnetische velden tussen de aarde en de CMB zal een noodzakelijke stap zijn om die gegevens op betrouwbare wijze te verkrijgen.

Maar ondanks hun belangrijkheid en alomtegenwoordige invloed, interstellaire magnetische velden vormen een van de laatste grenzen van de astrofysica. Er is weinig over hen bekend, voor een groot deel, omdat ze buitengewoon moeilijk te bestuderen zijn.

"Er zijn zeer beperkte manieren om magnetische velden in de ruimte te bestuderen, " legt Alexandre Lazarian uit, een UW-Madison hoogleraar astronomie en een autoriteit op het interstellaire medium, de schijnbaar lege ruimtes tussen de sterren die zijn, in feite, rijk aan materie en verdraaid, gevouwen en verwarde magnetische velden die zijn samengesteld uit volledig of gedeeltelijk geïoniseerde plasma's die worden meegevoerd door magnetische velden. "Ons begrip van al deze (astrofysische) processen lijdt onder onze slechte kennis van magnetische velden."

Nutsvoorzieningen, veel van die kennis kan gemakkelijker bij de hand zijn. Schrijven deze week (10 juni, 2019) in het tijdschrift Natuurastronomie , een internationaal team onder leiding van de astrofysicus uit Wisconsin demonstreert een nieuwe methode die in staat is om de oriëntaties van magnetische velden in de werveling van de interstellaire ruimte te traceren.

De proof-of-concept gerapporteerd in Natuurastronomie bouwt voort op een reeks theoretische en numerieke studies die de afgelopen twee jaar door Lazarian en zijn studenten zijn gepubliceerd, en die een radicaal nieuwe benadering bieden om de wirwar van magnetische velden in de ruimte in kaart te brengen.

Tot nu, veel van de gedetailleerde kartering van magnetische velden in diffuse omgevingen zoals wolken van stof en gas in de ruimte omvatte infrarood polarimetrie met instrumenten die werden ingezet op satellieten of ballonnen die hoog in de stratosfeer werden gevlogen.

De nieuwe methode, bekend als de Velocity Gradient Technique en informeel als de "Wisconsin-techniek, " maakt gebruik van eerder verzamelde waarnemingsgegevens van een verscheidenheid aan telescopen op de grond, het overstijgen van de noodzaak om instrumenten in de ruimte te plaatsen, een kostbare en beperkte hulpbron voor astronomen. Voortbouwend op studies van turbulentie in magnetische velden in geleidende vloeistoffen, Lazarian en zijn studenten bedachten de nieuwe statistische benadering om de topologie van magnetische velden te meten met behulp van routinematige spectroscopische waarnemingen vanaf de grond.

Voor het grootste gedeelte, infrarood licht wordt geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde, daarom vereisen conventionele magnetische veldmetingen telescopen die op lange ballonvluchten op grote hoogte, of erboven op satellieten. In recente jaren, veel nieuwe metingen van interstellaire magnetische velden, bijvoorbeeld, werden verzameld met behulp van de Planck-satelliet, een Europees ruimteobservatorium met infraroodmogelijkheden en operationeel van 2009 tot 2013.

Door de nieuwe Wisconsin-techniek toe te passen op een aantal interstellaire moleculaire wolken waarvan de magnetische velden eerder waren gemeten door de Planck-satelliet, Lazarian en zijn studenten waren in staat om kaarten met een hoge resolutie te genereren met behulp van bestaande grondobservaties.

"De techniek biedt magnetische veldkaarten met een resolutie die vergelijkbaar is met kaarten die zijn verkregen met de Planck-missie, " zegt Lazarian, "en het maakt gebruik van spectroscopische waarnemingen die door onderzoekers zijn verzameld voor andere doeleinden. Aangezien de techniek gebruikmaakt van gegevens van telescopen en interferometers op de grond, de resolutie van magnetische veldkaarten kan aanzienlijk worden verbeterd."

Naast het bepalen van de richting van de interstellaire magnetische velden, de nieuwe methodiek kan op fijne schaal de sterkte van het veld bepalen, tot op elke pixel op een kaart. "Dit toont aan dat de Wisconsin-techniek een revolutie teweeg kan brengen in studies naar magnetische effecten op stervorming door bestaande telescopen op de grond te gebruiken zonder te wachten op nieuwe ruimtegebaseerde polarisatiemissies met een hogere resolutie in een verre toekomst, ' zegt Lazarian.

De nieuwe techniek, Lazarian voegt toe, opent ook een uniek venster op de ontwikkeling van driedimensionale magnetische veldkaarten, werk dat al is gedemonstreerd in een overeenkomstige paper gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift door Lazarian en zijn leerling, Diego Gonzales Casanova.

Om de mogelijkheden van de nieuwe techniek te contrasteren met traditionele polarimetrie, Lazarian en zijn groep, inclusief UW-Madison afgestudeerde natuurkundestudent Yue Hu en afgestudeerde astronomiestudent Ka Ho Yuen, belangrijkste auteurs van de nieuwe Natuurastronomie verslag doen van, hun nieuwe methodologie ingezet om de eerste magnetische veldkaart van de Smith Cloud te produceren, een mysterieuze wolk van atomaire waterstof die op de schijf van de Melkweg lijkt te crashen. Eerdere pogingen om het magnetische veld van de wolk in kaart te brengen, werden gefrustreerd door de zwakke infraroodemissie, verduisterend stof en galactische atomaire waterstof langs dezelfde gezichtslijn.