Dank neuer hochentwickelter Techniken und hochmoderner Einrichtungen ist die Astronomie in eine neue Ära eingetreten, in der endlich die Tiefe des Himmels erschlossen werden kann. Die Bestandteile unserer kosmischen Heimat, der Milchstraße – Sterne, Gas, Magnetfelder – können endlich in 3D kartiert werden.
Der Raum zwischen den Sternen ist schmutzig. Es ist mit kleinen Staubkörnchen gefüllt, von denen die meisten in ihrer Größe dem Rauch einer Zigarette ähneln. Die Körner sind nicht kugelförmig und daher neigt ihre Längsachse dazu, sich an lokalen galaktischen Magnetfeldern auszurichten. Diese Staubkörner strahlen auch ein polarisiertes Leuchten in den gleichen Frequenzen aus wie der kosmische Mikrowellenhintergrund – die „Asche“ des Urknalls – und verunreinigen so unseren Blick auf die frühesten Momente im Leben des Universums.
Sie absorbieren auch einen Teil des durch sie hindurchtretenden Sternenlichts, ähnlich wie es ein Polaroidfilter tun würde, und prägen der Polarisation des austretenden Lichts Informationen über die Magnetfelder ein, in denen sie leben. Polarisation ist eine Eigenschaft von Lichtstrahlen, die eine charakteristische Richtung angibt, die immer senkrecht zur Richtung der Lichtausbreitung im Raum ist.
Magnetfelder sind für die Entwicklung unserer Galaxie von enormer Bedeutung, da sie die Bildung neuer Sterne regulieren, galaktische Strukturen formen und Gasströme in kosmische Beschleuniger verwandeln, die leistungsfähiger sind als das CERN.
Die Polarisation des Sternenlichts ist dann der Schlüssel: Sie enthält die Informationen über die wichtigen Magnetfelder der Galaxie und ist das „Staubtuch“, das uns dabei helfen kann, unsere Sicht auf das frühe Universum zu klären – wenn wir nur genug beobachten könnten davon und studieren Sie es eingehend, um alle darin enthaltenen Informationen zu extrahieren.
Dies ist genau der Umfang der PASIPHAE-Umfrage, einer internationalen Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Astrophysik von FORTH (IA-FORTH) und der Universität Kreta in Griechenland, der IUCAA in Indien, dem South African Astronomical Observatory und dem California Institute of Technology in USA und der Universität Oslo in Norwegen. Ziel von PASIPHAE ist es, die Polarisation von Millionen Sternen über weite Teile des Himmels zu messen. Und jetzt können wir einen ersten Blick auf die Leistungsfähigkeit dieses ehrgeizigen Unterfangens werfen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Dr. Vincent Pelgrims (ehemaliger PASIPHAE-Postdoktorand am IA-FORTH und jetzt Marie-Curie-Stipendiat am Interuniversitären Institut für Hochenergie an der ULB in Belgien) hat die Leistungsfähigkeit der PASIPHAE-Daten und der Rekonstruktion demonstriert Technik unter Verwendung von Beobachtungen, die in den letzten 10 Jahren mit seinem Vorläuferinstrument, dem RoboPol-Polarimeter, das am Skinakas-Observatorium in Griechenland betrieben wurde, durchgeführt wurden.
Die Wissenschaftler maßen die Polarisation von mehr als 1.500 Sternen in einem Teil des Himmels, der fast 15 Mal so groß ist wie die Fläche des Vollmonds, kombinierten sie mit den vom ESA-Satelliten Gaia für jeden Stern gemessenen Entfernungen und einem von ihnen entwickelten und kartierten ausgefeilten Algorithmus beispiellose Auflösung der Magnetfelder in dieser Himmelsrichtung.
„Dies ist das erste Mal, dass ein so großes Volumen des galaktischen Magnetfelds in drei Dimensionen mit so hoher Auflösung rekonstruiert werden konnte“, sagt Dr. Pelgrims. „Wir haben in dieser Region der Galaxie mehrere Staubwolken gefunden und konnten zum ersten Mal ihre Entfernungen – bis zu Tausenden von Lichtjahren – sowie ihre polarimetrischen Eigenschaften bestimmen und so das Magnetfeld aufdecken, das diese Wolken durchdringt.“
Das Team veröffentlicht diese erste hochauflösende tomografische Karte des galaktischen Magnetfelds über einem großen Bereich des Himmels, die es heute (23. April) in der Zeitschrift vorstellt Astronomie und Astrophysik.
„Dies stellt einen großen Erfolg auf dem Weg zu einer dreidimensionalen Kartierung der Milchstraße und ihres Magnetfelds dar“, sagt Prof. Vasiliki Pavlidou von der Universität Kreta und Partnerfakultät von IA-FORTH und Mitautorin der Veröffentlichung. „Die Struktur des galaktischen Magnetfelds ist derzeit nicht gut eingegrenzt.
„Dies behindert den Fortschritt in mehreren Forschungsbereichen, beispielsweise der Untersuchung der ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung. Das Potenzial einer solchen 3D-Kartierung, zu Durchbrüchen in allen Bereichen zu führen, die mit dem galaktischen Magnetfeld verbunden sind, ist erheblich.“
„In unserer Arbeit haben wir nur an der Oberfläche der Möglichkeiten gekratzt, die vor uns liegen“, sagt Prof. Konstantinos Tassis, ebenfalls von der Universität Kreta und angegliederter Fakultät von IA-FORTH, Co-Autor der Veröffentlichung und Hauptforscher des PASIPHAE-Projekt.
„Stellen Sie sich eine solche Karte vor – aber für den größten Teil des Himmels. Dieser 3D-Atlas des Magnetfelds der Galaxie wird in den nächsten Jahren mit Hilfe der speziellen WALOPs-Instrumente Realität, die damit beginnen werden, die Polarisation der Sterne in der Galaxie zu kartieren Himmel dieses Jahr.
Mehr Informationen:
V. Pelgrims et al., Die auf Sternenlichtpolarisation basierende Tomographiekarte des magnetisierten interstellaren Mediums im ersten Gradmaßstab, Astronomie und Astrophysik (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202349015
Zur Verfügung gestellt vom Institut für Astrophysik