Het galactische magnetische veld speelt een belangrijke rol in de evolutie van de melkweg, maar zijn kleinschalige gedrag is nog weinig bekend. Het is ook niet bekend of het de halo van de melkweg doordringt of niet. Door gebruik te maken van waarnemingen van pulsars in de halo bolvormige sterrenhoop 47 Tuc, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Federico Abbate van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn, Duitsland, die dit werk begon aan de Universiteit van Milaan Bicocca en het INAF-astronomisch observatorium van Cagliari, kon voor het eerst het galactische magnetische veld op schalen van enkele lichtjaren onderzoeken. Ze ontdekten een onverwacht sterk magnetisch veld in de richting van het cluster. Dit magnetische veld wijst loodrecht op de galactische schijf en kan worden verklaard door een interactie met de galactische wind. Dit is een gemagnetiseerde uitstroom die zich uitstrekt van de galactische schijf naar de omringende halo en het bestaan ​​ervan is nooit eerder bewezen.

De resultaten zijn gepubliceerd in het nummer van deze week van Natuurastronomie .

47 Tucanae, of 47 Tuc zoals het gewoonlijk wordt genoemd, is een spectaculaire bolvormige sterrenhoop die met het blote oog zichtbaar is in het sterrenbeeld "Tucana" aan de zuidelijke hemel dichtbij de Kleine Magelhaense Wolk. De eerste pulsar in deze cluster werd in 1990 ontdekt met de Parkes 64-m radiotelescoop in Australië, en al snel werden er meer gevonden met dezelfde telescoop. Momenteel zijn er 25 pulsars bekend in 47 Tuc. Om deze reden, deze zeer goed bestudeerde bolvormige sterrenhoop werd ook een van de belangrijkste voor pulsar-astronomen.

Pulsars zijn periodieke bronnen waarmee astronomen de zogenaamde dispersiemaat kunnen meten, wat een vertraging is van de aankomsttijd van de enkele pulsen op verschillende frequenties. Deze vertraging is evenredig met de dichtheid van vrije elektronen langs het pad van de pulsar naar de aarde. "In 2001, we merkten dat de pulsars aan de andere kant van de cluster een hogere spreidingsmaat hadden dan die aan de andere kant, wat de aanwezigheid van gas in het cluster impliceerde, " zegt Paulo Freire van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie (MPIfR) die een aantal onderzoeksprojecten leidde op 47 Tuc.

Wat 47 Tuc nog interessanter maakt, is dat het cluster zich op een afstand van ongeveer 15 bevindt, 000 lichtjaren, gelegen in een relatief ongestoord gebied in de galactische halo. De halo omringt de galactische schijf en herbergt zeer weinig sterren en zeer kleine hoeveelheden gas. "De pulsars in dit cluster kunnen ons een uniek en ongekend inzicht geven in de grootschalige geometrie van het magnetische veld in de galactische halo." zegt Federico Abbate, hoofdauteur van het artikel en nu werkzaam bij MPIfR, die de analyse uitvoerde tijdens zijn Ph.D. aan de Universiteit van Milaan-Bicocca en bij INAF-Cagliari Astronomical Observatory.

Het begrijpen van de geometrie en sterkte van galactische magnetische velden is essentieel om een ​​compleet beeld van de melkweg te krijgen. De magnetische velden kunnen de stervorming beïnvloeden, reguleren de voortplanting van hoogenergetische deeltjes en helpen bij het vaststellen van de aanwezigheid van een uitstroom van gas op galactische schaal van de schijf naar de omringende halo. Ondanks hun belang, de grootschalige geometrie van de magnetische velden in de galactische halo is niet volledig bekend.

Magnetische velden zijn niet direct waarneembaar, maar wetenschappers maken gebruik van de effecten die ze hebben op het plasma met lage dichtheid dat de galactische schijf doordringt. In dit plasma de elektronen zijn gescheiden van de atoomkernen en gedragen zich als kleine magneten. De elektronen worden aangetrokken door het magnetische veld en worden gedwongen om de magnetische veldlijnen te draaien, straling uitzendt die bekend staat als synchrotronstraling. Behalve het uitzenden van hun eigen straling, de vrije elektronen laten ook een eigenaardige handtekening achter op de gepolariseerde straling die door het plasma reist. Het elektromagnetische veld van de gepolariseerde straling oscilleert altijd in dezelfde richting en de elektronen in een gemagnetiseerd medium zullen deze richting met verschillende hoeveelheden op verschillende frequenties roteren. Dit effect wordt Faraday-rotatie genoemd en is alleen meetbaar bij radiofrequenties.

Waarnemingen van gepolariseerde radiostraling werken goed om het magnetische veld in de galactische schijf te beperken, waar het plasma voldoende dicht is. In de galactische halo, echter, de plasmadichtheid is te laag om de effecten direct waar te nemen. Om deze reden, de geometrie en sterkte van het magnetische veld in de halo is onbekend en modellen voorspellen dat het evenwijdig aan of loodrecht op de schijf kan staan. De aanwezigheid van een gemagnetiseerde uitstroom van de schijf naar de halo is gesuggereerd na waarnemingen in andere sterrenstelsels. Het kan ook de diffuse röntgenstraling in de melkweg verklaren.

Recente waarnemingen van de pulsars in 47 Tuc, ook uitgevoerd met de Parkes radiotelescoop in Australië, waren in staat om hun gepolariseerde radio-emissie en hun Faraday-rotatie te meten. Deze onthullen de aanwezigheid van een magnetisch veld in de bolvormige cluster dat verrassend sterk is - zo sterk, in feite, dat het niet door de bolvormige sterrenhoop zelf kan worden onderhouden, maar een externe bron nodig heeft die zich in de galactische halo bevindt. De richting van het magnetische veld is compatibel met die van de galactische wind, loodrecht op de galactische schijf. De interactie van de galactische wind en de cluster vormt een schok die het magnetische veld versterkt tot de waargenomen waarden.

Dit werk onthult een nieuwe techniek om het magnetische veld in de galactische halo te bestuderen. Deze cluster is een perfect doelwit voor waarnemingen met de innovatieve MeerKAT-radiotelescoop in Zuid-Afrika. "In de nabije toekomst, de MeerKAT-telescoop zal de polarisatiemetingen aanzienlijk verbeteren en mogelijk niet alleen de aanwezigheid van de galactische wind bevestigen, maar ook de eigenschappen ervan beperken, " zegt Andrea Possenti van het INAF-Cagliari Astronomical Observatory, die samen met de MPIfR betrokken is bij de inspanningen van de bolvormige clusterpulsars met MeerKAT. Bovendien, Vooral deze krachtige telescoop met zijn verdere ontwikkeling naar de Square Kilometre Array (SKA) heeft de capaciteiten om andere bolvormige sterrenhopen in de halo te observeren en de resultaten te bevestigen.