Astronomen erstellen neue Mikrowellenkarte der Milchstraße und darüber hinaus

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, das Magnetfeld unserer Galaxie, der Milchstraße, mit Teleskopen zu kartieren, die den Himmel im Mikrowellenbereich beobachten. Die neue Studie ist veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Das Team nutzte die QUIJOTE (QUI JOint TEnerife) Collaboration, die am Teide-Observatorium auf Teneriffa auf den Kanarischen Inseln angesiedelt ist. Dieses besteht aus zwei Teleskopen mit 2,5 m Durchmesser, die den Himmel im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums beobachten.

Unter der Leitung des Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) begann die Kartierung im Jahr 2012. Fast ein Jahrzehnt später hat die Collaboration eine Reihe von 6 wissenschaftlichen Artikeln vorgelegt, die die bisher genaueste Beschreibung der Polarisierung der Emission der Milch liefern Weise bei Mikrowellenwellenlängen. Polarisation ist eine Eigenschaft von Transversalwellen wie Lichtwellen, die die Richtung der Schwingungen der Wellen angibt und das Vorhandensein eines Magnetfelds anzeigt.

Die Studien ergänzen frühere Weltraummissionen, die der Erforschung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) gewidmet waren, der fossilen Strahlung, die der Urknall hinterlassen hat und die einen detaillierten Einblick in die frühe Geschichte des Kosmos gaben.

Neben der Kartierung der magnetischen Struktur der Milchstraße haben sich die QUIJOTE-Daten auch in anderen Szenarien als nützlich erwiesen. Die neuen Daten sind auch ein einzigartiges Werkzeug zur Untersuchung der anomalen Mikrowellenemission (AME), einer Art von Emission, die erstmals vor 25 Jahren entdeckt wurde. Es wird angenommen, dass AME durch die Rotation sehr kleiner Staubpartikel im interstellaren Medium erzeugt wird, die dazu neigen, durch das Vorhandensein des galaktischen Magnetfelds ausgerichtet zu werden.

Die neuen Ergebnisse ermöglichten es dem Team, Informationen über die Struktur des Magnetfelds der Milchstraße zu erhalten und halfen, die energetischen Prozesse zu verstehen, die kurz vor der Geburt des Universums stattfanden. Um Signale aus dieser Zeit zu messen, müssen Wissenschaftler zunächst den Emissionsschleier beseitigen, der mit unserer eigenen Galaxie verbunden ist. Die neuen Karten von QUIJOTE tun genau das und ermöglichen es uns, diese schwer fassbaren Signale aus dem weiteren Universum besser zu verstehen.

Die Karten von QUIJOTE haben auch die Untersuchung eines kürzlich entdeckten Überschusses an Mikrowellenemission aus dem Zentrum unserer Galaxie ermöglicht. Der Ursprung dieser Emission ist derzeit unbekannt, könnte aber mit den Zerfallsprozessen von Teilchen der Dunklen Materie in Verbindung gebracht werden. Mit QUIJOTE hat das Team die Existenz dieses Strahlungsüberschusses bestätigt und einige Beweise dafür gefunden, dass er polarisiert sein könnte.

Schließlich haben die neuen Karten von QUIJOTE die systematische Untersuchung von über 700 Emissionsquellen in Radio und Mikrowellen sowohl galaktischen als auch extragalaktischen Ursprungs ermöglicht, was bedeutet, dass die Daten Wissenschaftlern helfen, Signale zu entschlüsseln, die von außerhalb unserer Galaxie kommen, einschließlich der kosmischen Mikrowelle Hintergrundstrahlung.

„Diese neuen Karten geben eine detaillierte Beschreibung in einem neuen Frequenzbereich von 10 bis 40 GHz und ergänzen die von Weltraummissionen wie Planck und WMAP“, kommentiert José Alberto Rubiño, leitender Wissenschaftler der QUIJOTE-Kollaboration. „Wir haben die Synchrotron-Emission unserer Galaxie mit beispielloser Genauigkeit charakterisiert. Diese Strahlung ist das Ergebnis der Emission geladener Teilchen, die sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit innerhalb des galaktischen Magnetfelds bewegen. Diese Karten sind das Ergebnis von fast 9.000 Stunden Beobachtung , sind ein einzigartiges Werkzeug zum Studium des Magnetismus im Universum“, fügt er hinzu.

„Eines der interessantesten Ergebnisse, die wir gefunden haben, ist, dass die polarisierte Synchrotron-Emission unserer Galaxie viel variabler ist als angenommen“, kommentiert Elena de la Hoz, Forscherin am Instituto de Física de Cantabria (IFCA). „Die Ergebnisse, die wir erhalten haben, sind eine Referenz, um zukünftigen Experimenten dabei zu helfen, das CMB-Signal zuverlässig nachzuweisen“, fügt sie hinzu.

„Wissenschaftliche Beweise deuten darauf hin, dass das Universum einen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall eine Phase der schnellen Expansion durchlief, die als Inflation bezeichnet wird. Wenn dies zutrifft, würden wir erwarten, einige beobachtbare Konsequenzen zu finden, wenn wir die Polarisation der kosmischen Mikrowelle untersuchen Hintergrund. Die Messung dieser erwarteten Merkmale ist schwierig, weil sie eine kleine Amplitude haben, aber auch, weil sie weniger hell sind als die polarisierte Emission unserer eigenen Galaxie.“ bemerkt Rubiño: „Wenn wir sie jedoch endlich messen, werden wir indirekte Informationen über die physikalischen Bedingungen in den sehr frühen Stadien unseres Universums haben, als die Energieskalen viel höher waren als diejenigen, auf die wir zugreifen oder die wir vom Boden aus untersuchen können. Dies hat enorme Auswirkungen auf unser Verständnis der fundamentalen Physik.“

„Die Karten von QUIJOTE haben auch die Untersuchung der Mikrowellenemission aus dem Zentrum unserer Galaxie ermöglicht. Kürzlich wurde ein Überschuss an Mikrowellenemission aus dieser Region nachgewiesen, deren Ursprung unbekannt ist, dessen Ursprung jedoch mit den Zerfallsprozessen von verbunden sein könnte Teilchen der Dunklen Materie. Mit QUIJOTE haben wir die Existenz dieses Strahlungsüberschusses bestätigt und einige Beweise dafür gefunden, dass er polarisiert sein könnte“, kommentiert Federica Guidi, Forscherin am Institut d’Astrophysique de Paris (IAP, Francia).

Die Arbeit erscheint in „QUIJOTE Scientific Results—IV. A Northern Sky Survey in Intensity and Polarization at 10–20 GHz with the Multi-Frequency Instrument“, Rubiño-Martin et al., veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.