VLA enthüllt das Magnetfeld einer fernen Galaxie

Hubble-Aufnahme einer Galaxie und zweier Abbilder eines Hintergrundquasars, hervorgerufen durch den Gravitationslinseneffekt. (Credit: Mao et al., NASA)
Hubble-Aufnahme einer Galaxie und zweier Abbilder eines Hintergrundquasars, hervorgerufen durch den Gravitationslinseneffekt. (Credit: Mao et al., NASA)

Mit der Hilfe einer gigantischen kosmischen Linse haben Astronomen das Magnetfeld einer fast fünf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie gemessen. Diese Leistung gibt ihnen wichtige neue Anhaltspunkte zu einem Problem an den Grenzen der Kosmologie: die Natur und der Ursprung der Magnetfelder, die eine bedeutende Rolle bei der zeitlichen Entwicklung von Galaxien spielen.

Die Wissenschaftler nutzten das Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) der National Science Foundation, um eine sternbildende Galaxie zu untersuchen, die direkt zwischen einem noch weiter entfernten Quasar und der Erde liegt. Die Gravitation der Galaxie agiert wie eine riesige Linse und teilt das Bild des Quasars von der Erde aus gesehen in zwei separate Abbilder. Außerdem besitzen die Radiowellen, die von diesem fast acht Milliarden Lichtjahre entfernten Quasar stammen, eine bevorzugte Ausrichtung oder Polarisation.

“Die Polarisation der Radiowellen von dem Hintergrundquasar und die Tatsache, dass die Wellen, welche die beiden Abbilder produzieren, durch unterschiedliche Regionen der dazwischen liegenden Galaxie reisten, erlaubten uns, einige wichtige Fakten über das Magnetfeld der Galaxie zu erfahren”, sagte Sui Ann Mao, die Leiterin der Minerva Research Group für das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn (Deutschland).

Magnetfelder beeinflussen Radiowellen, die durch sie hindurch laufen. Die Analyse der VLA-Bilder zeigte einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden erzeugten Abbildern bezüglich dessen, wie die Polarisation verändert wurde. Den Wissenschaftlern zufolge bedeutet dies, dass die verschiedenen Regionen in der dazwischen liegenden Galaxie die Radiowellen unterschiedlich stark beeinflussten.

“Der Unterschied verrät uns, dass diese Galaxie ein großräumiges, kohärentes Magnetfeld besitzt – ähnlich jenen, die wir in nahen Galaxien im heutigen Universum beobachten”, sagte Mao. “Die Ähnlichkeit betrifft sowohl die Stärke des Feldes als auch seine Ausrichtung, wobei die Magnetfeldlinien spiralförmig um die Rotationsachse der Galaxie verdreht sind.

Weil diese Galaxie so beobachtet wird, wie sie vor fast fünf Milliarden Jahren aussah, als das Universum etwa zwei Drittel seines heutigen Alters hatte, liefert diese Entdeckung einen wichtigen Hinweis darauf, wie sich die galaktischen Magnetfelder bildeten und mit der Zeit entwickelten.

Schematische Darstellung der Gravitationslinse, welche die Messung des Magnetfeldes einer Galaxie ermöglichte. (Credit: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF; NASA, Hubble Heritage Team, (STScI / AURA), ESA, S. Beckwith (STScI). Additional Processing: Robert Gendler)
Schematische Darstellung der Gravitationslinse, welche die Messung des Magnetfeldes einer Galaxie ermöglichte. (Credit: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF; NASA, Hubble Heritage Team, (STScI / AURA), ESA, S. Beckwith (STScI). Additional Processing: Robert Gendler)

“Die Ergebnisse unserer Studie unterstützen die Theorie, dass die galaktischen Magnetfelder durch einen rotierenden Dynamoeffekt erzeugt werden, ähnlich dem Prozess, der das Magnetfeld der Sonne produziert”, sagte Mao. “Allerdings gibt es auch noch andere Prozesse, die die Magnetfelder erzeugen könnten. Um festzustellen, welcher Prozess am Werk ist, müssen wir in der Zeit noch etwas weiter zurück zu noch weiter entfernten Galaxien gehen und vergleichbare Messungen ihrer Magnetfelder machen”, ergänzte sie.

“Diese Messung liefert die bislang strengsten Überprüfungen, wie Dynamos in Galaxien funktionieren”, sagte Ellen Zweibel von der University of Wisconsin in Madison.

Magnetfelder spielen eine zentrale Rolle bei der Physik des dünnen Gases, das den Raum zwischen den Sternen in einer Galaxie füllt. Zu verstehen, wo diese Magnetfelder ihren Ursprung haben und wie sie sich im Verlauf der Zeit entwickeln, kann Astronomen entscheidende Anhaltspunkte über die Entwicklung der Galaxien selbst geben.

Mao und ihre Kollegen berichten im Journal Nature Astronomy über ihre Ergebnisse. Das National Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation und wird im Rahmen eines Kooperationsvertrags von Associated Universities, Inc. betrieben.

Quelle

(THK)

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