SOFIA beobachtet die Magnetfelder der Zigarrengalaxie M82

Kompositbild der Zigarrengalaxie M82. Das von SOFIA registrierte Magnetfeld (schwarze Linien) scheint den bipolaren Abströmungen (rot) zu folgen. Das Bild kombiniert sichtbares Licht (grau) und registriertes Wasserstoffgas (rot) des Kitt Peak Observatory mit nah- und mittelinfrarotem Sternlicht und Staub (gelb) von SOFIA und dem Weltraumteleskop Spitzer. (Credits: NASA / SOFIA / E. Lopez-Rodriguez; NASA / Spitzer / J. Moustakas et al.)
Kompositbild der Zigarrengalaxie M82. Das von SOFIA registrierte Magnetfeld (schwarze Linien) scheint den bipolaren Abströmungen (rot) zu folgen. Das Bild kombiniert sichtbares Licht (grau) und registriertes Wasserstoffgas (rot) des Kitt Peak Observatory mit nah- und mittelinfrarotem Sternlicht und Staub (gelb) von SOFIA und dem Weltraumteleskop Spitzer. (Credits: NASA / SOFIA / E. Lopez-Rodriguez; NASA / Spitzer / J. Moustakas et al.)

Die Zigarrengalaxie M82 ist berühmt für ihre außerordentlich hohe Sternentstehungsrate – sie produziert Sterne zehnmal schneller, als es in der Milchstraßen-Galaxie der Fall ist. Jetzt wurden Daten des Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) verwendet, um diese Galaxie detaillierter zu untersuchen. Die Studie offenbart, wie Materie, die die Entwicklung von Galaxien beeinflusst, in den intergalaktischen Weltraum gelangen könnte.

Die Wissenschaftler stellten erstmals fest, dass der galaktische Wind, der aus dem Zentrum der Zigarrengalaxie herausströmt, entlang eines Magnetfeldes ausgerichtet ist und eine sehr große Menge Gas und Staub transportiert. Die Masse entspricht dem Äquivalent von 50-60 Millionen Sonnenmassen.

“Der Weltraum zwischen den Galaxien ist nicht leer”, sagte Enrique Lopez-Rodriguez, ein Mitglied des SOFIA-Teams von der Universities Space Research Association. “Er enthält Gas und Staub, was die Grundmaterialien für Sterne und Galaxien sind. Jetzt haben wir ein besseres Verständnis dessen, wie diese Materie mit der Zeit aus dem Innern der Galaxien entweicht.”

M82 ist nicht nur ein klassisches Beispiel für eine Starburst-Galaxie, was bedeutet, dass sie verglichen mit den meisten anderen Galaxien eine außerordentlich hohe Anzahl neuer Sterne produziert. Sie besitzt außerdem starke Winde, die Gas und Staub in den intergalaktischen Weltraum blasen. Astronomen haben lange vermutet, dass diese Winde das Magnetfeld der Galaxie in die gleiche Richtung ziehen würden, aber trotz zahlreicher Studien gab es keine Beobachtungsbelege für diese These.

Mit dem fliegenden Observatorium SOFIA haben Forscher definitiv festgestellt, dass der Wind der Zigarrengalaxie nicht nur eine große Menge Gas und Staub in das intergalaktische Medium transportiert, sondern auch dass er das Magnetfeld so verzerrt, dass es rechtwinklig zur galaktischen Scheibe verläuft. Tatsächlich verzerrt der Wind das Magnetfeld in einem Durchmesser von mehr als 2.000 Lichtjahren – das ist fast so breit wie der Wind selbst.

“Eines der Hauptziele dieser Arbeit bestand darin zu untersuchen, wie effizient der galaktische Wind an dem Magnetfeld zerren kann”, sagte Lopez-Rodriguez. “Wir hatten nicht erwartet, dass das Magnetfeld über ein so großes Gebiet hinweg mit dem Wind ausgerichtet ist.”

Diese Beobachtungen sprechen dafür, dass die starken Winde, die mit dem Starburst-Phänomen einhergehen, einer der Mechanismen sein könnte, die verantwortlich für die Streuung von Materie und die Einbringung eines Magnetfeldes in das nahe intergalaktische Medium sind. Wenn vergleichbare Prozesse im jungen Universum stattfanden, hätten sie die grundlegende Entwicklung der ersten Galaxien beeinflusst.

Die Ergebnisse wurden im Januar 2019 in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

SOFIAs neuestes Instrument, die High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+), nutzt ferninfrarotes Licht, um kosmische Staubkörnchen zu beobachten, die sich entlang magnetischer Feldlinien ausrichten. Anhand dieser Ergebnisse können Astronomen die Form und Richtung der sonst unsichtbaren Magnetfelder ableiten. Ferninfrarotes Licht liefert wichtige Informationen über Magnetfelder, weil das Signal klar ist und nicht durch Emissionen von anderen physikalischen Mechanismen kontaminiert wird, beispielsweise durch gestreutes sichtbares Licht.

“Die Untersuchung intergalaktischer Magnetfelder und deren Entwicklung ist der Schlüssel zum Verständnis, wie sich die Galaxien in der Geschichte des Universums entwickelten”, sagte Terry Jones, Professor Emeritus an der University of Minnesota in Minneapolis, der leitende Wissenschaftler dieser Studie. “Mit SOFIAs HAWC+-Instrument haben wir jetzt eine neue Perspektive auf diese Magnetfelder.”

Das HAWC+-Instrument wurde von einem Team aus Forschern von mehreren Institutionen unter Leitung des Jet Propulsion Laboratory (JPL) entwickelt und der NASA zur Verfügung gestellt. Der leitende Wissenschaftler des HAWC+-Instruments, Darren Dowell vom JPL, gehörte zusammen mit Paul Goldsmith vom JPL zu dem Forschungsteam, das die Zigarrengalaxie mit HAWC+ beobachtete.

SOFIA ist eine modifizierte Boeing 747SP mit einem 2,7-Meter-Teleskop. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley leitet das SOFIA-Programm, sowie die wissenschaftlichen und missionsspezifischen Operationen in Zusammenarbeit mit der Universities Space Research Association (USRA) mit Sitz in Columbia (Maryland) und dem Deutschen SOFIA Institute (DSI) an der Universität Stuttgart. Das Flugzeug ist am Hangar 703 des Armstrong Flight Research Center der NASA in Palmdale (Kalifornien) stationiert.

Quelle

(THK)

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