Das Magnetfeld im galaktischen Superwind von M82

Eine optische Aufnahme der infrarothellen Galaxie M82. Die Winde erscheinen in rötlichen Farbtönen. (Credits: Alentejo Remote Observatory, Team ARO)
Eine optische Aufnahme der infrarothellen Galaxie M82. Die Winde erscheinen in rötlichen Farbtönen. (Credits: Alentejo Remote Observatory, Team ARO)

Messier 82 (M82) ist eine infrarothelle Galaxie rund zwölf Millionen Lichtjahre von der Milchstraßen-Galaxie entfernt. Ihre Phase intensiver Sternentstehungsprozesse (Starburst genannt) verursacht die Strahlung und treibt einen bipolaren Superwind an, der seinen Ursprung in der Nähe des galaktischen Kerns hat. Der Wind breitet sich senkrecht zur galaktischen Ebene in den Halo und das intergalaktische Medium aus. Ionisiertes Gas in dem Wind zeigt eine stetige Struktur, die etwa 34.000 Lichtjahre lang ist. Astronomen vermuten, dass die Sternentstehungsprozesse und der Superwind das Gas anregen und außerdem Röntgenemissionen erzeugen, wobei letztere durch die Schockwellen produziert werden.

M82 ist keine einzigartige Galaxie, was den abströmenden Wind betrifft, allerdings liegt sie relativ nah und man betrachtet sie fast von der Seite, so dass ihr Wind leicht zu untersuchen ist. Ein Schlüsselaspekt bezieht sich auf die Materie, die sich innerhalb des Windes befindet. Wenn sie entweicht und in den Raum zwischen den Galaxien abgelagert wird, reichert sie das intergalaktische Medium an, aber wenn sie zurück auf die Galaxie stürzt, wird sie die Materie umverteilen und kann die Sternentstehung in den äußeren Regionen anregen.

Das Magnetfeld in dem Wind treibt die Abströmung an und hilft auch bei deren Gestaltung. Die Einzelheiten hängen davon ab, ob sich die Feldlinien “offen” in den Weltraum ausbreiten, oder ob sie “geschlossen” sind und sich um die Galaxie herumwinden und enger begrenzt sind. Bislang wurden die Magnetfelder in galaktischen Abströmungen anhand der polarisierten Strahlung untersucht, die von Elektronen innerhalb der ionisierten Abströmungen in Radiowellenlängen emittiert werden. Bei M82 haben frühere Studien tatsächlich Magnetfelder gefunden, die von der Zentralregion ausgehen und sich senkrecht zur Scheibe ausbreiten. Aber die Interpretation ist komplex, und diese Studien unterscheiden sich in dem Punkt, ob die Feldlinien offen oder geschlossen sind.

Die Astronomin Mahboubeh Asgari-Targhi vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) war Mitglied eines Teams, das erkannte, dass die gestreute Infrarotstrahlung von Staubkörnchen in diesen Magnetfeldern die Frage beantworten könnte. Das Team nutzte die High-resolution Airborne Wideband Camera-plus (HAWC+) an Bord des Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), um die Magnetfelder in M82 zu kartieren. Dann kombinierten die Forscher ihre Ergebnisse mit einer modifizierten Technik, die häufiger von Sonnenastronomen verwendet wird, die die Magnetfelder der Sonne untersuchen.

Der neue Ansatz extrapoliert das gemessene Feld mit einigen begründeten Näherungen über die vorhandenen elektrischen Ströme. Die Wissenschaftler vervollständigten das Bild mit anderen Polarisationsdaten aus anderen Studien. Sie zeigen erstmals deutlich, dass die Feldlinien in M82 offen sind und dass die Energie in turbulenten Bewegungen vergleichbar mit der in dem Magnetfeld ist. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die abströmenden Winde, die mit dem Starburst-Phänomen zusammenhängen, angereicherte Materie in das intergalaktische Medium injizieren.

Abhandlung: “The Strength and Structure of the Magnetic Field in the Galactic Outflow of Messier 82” von Enrique Lopez-Rodriguez, Jordan A. Guerra, Mahboubeh Asgari-Targhi und Joan T. Schmelz, The Astrophysical Journal 914, 24, 2021.

Quelle

(THK)

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