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Magnetfelder geben Hinweise auf die Entwicklung von Galaxien
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Magnetfelder existieren überall im Universum. Bisher war wenig darüber bekannt, ob Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von kosmischen Objekten spielen. Dabei stellen Radiowellen ein ideales Mittel zur Messung von Magnetfeldern dar. In einer langfristigen Beobachtungskampagne ist es Rainer Beck vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) gelungen, einen umfangreichen Datensatz für die nahegelegene Galaxie IC 342 aus Beobachtungen mit zwei der größten Radioteleskope der Erde zu erhalten, dem amerikanischen 'Very Large Array' (VLA) und dem 100-m-Radioteleskop in Effelsberg. Die Daten in vier unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zwischen 2,8 und 21 cm haben es ermöglicht, ein geordnetes Magnetfeld in dieser Galaxie zu entdecken, das überwiegend entlang der optischen Spiralarme dieser Galaxie ausgerichtet ist. Die Entdeckung hilft zu erklären, wie die Spiralarme gebildet wurden und wie Gas nach innen in Richtung des Zentrums von IC 342 geleitet werden kann.
Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Online-Ausgabe der Fachzeitschrift 'Astronomy & Astrophysics' veröffentlicht.
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Polarisierte Radiostrahlung von IC 342 bei 6 cm Wellenlänge, aufgenommen mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg bei einer Winkelauflösung von 3 Bogenminuten. Die Größe des dargestellten Feldes beträgt 0,75° x 0,75°; die Größe der Galaxie ist mit 0,5° vergleichbar mit der des Vollmonds am Himmel. Die schwarzen Linien zeigen die Orientierung des Magnetfeldes.
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Astronomen am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) ist es gelungen, aus der detaillierten Untersuchung einer nahegelegenen Galaxie mit mehreren Radioteleskopen ein Magnetfeld zu entdecken, das sich entlang des Hauptspiralarms in dieser Galaxie aufgewickelt hat. „Unsere Untersuchung kann dabei helfen, einige wichtige Fragen darüber zu beantworten, wie Galaxien entstehen und wie sie sich weiterentwickeln”, sagt Rainer Beck vom MPIfR.
Die Wissenschaftler haben dabei einer Galaxie mit der Bezeichnung IC 342 ins Visier genommen, die ca. 10 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbilds Camelopardalis (Giraffe) am nördlichen Sternhimmel liegt. Dazu wurden das 100-m-Radioteleskop Effelsberg und das amerikanische 'Karl G. Jansky Very Large Array' (VLA) eingesetzt und die erhaltenen Resultate miteinander verbunden, um die Magnetfeldstrukturen in dieser Galaxie auf unterschiedlichen Winkelskalen gleichzeitig zu erfassen.
Das durchaus überraschende Resultat zeigt eine riesige helix-förmig verdrillte Magnetfeld-Schleife entlang des Hauptspiralarms in IC 342. Eine derartige Struktur noch nie zuvor in einer Galaxie gefunden. Sie ist ausgedehnt und stark genug, um die Bewegung von Gas im Spiralarm der Galaxie beeinflussen zu können.
„Die Bildung von Spiralarmen kann kaum durch Gravitationskräfte allein erfolgen”, fährt Rainer Beck fort. „Unsere neuen Daten lassen vermuten, dass auch Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Spiralarmen spielen.”
Die neuen Beobachtungen geben auch Hinweise auf einen weiteren Baustein bei der Entwicklung von Galaxien, nämlich den leuchtkräftigen Zentralbereich, in dem sich ein sehr massereiches Schwarzes Loch verbergen könnte und in dem eine große Zahl von neuen Sternen gebildet wird. Um dort eine hohe Sternentstehungsrate aufrecht erhalten zu können, bedarf es eines stetigen Einströmung von Gas aus den Außenbereichen der Galaxie in Richtung Zentrum.
„Die Magnetfeldlinien im inneren Bereich von IC 342 verlaufen in Richtung des Galaxienzentrums und können eine nach innen gerichtete Gasströmung unterstützen”, sagt Rainer Beck.
Die Wissenschaftler haben die Magnetfeldstruktur in dieser Galaxie abgeleitet, indem sie die Orientierung oder Polarisation der von ihr abgestrahlten Radiowellen gemessen haben. Diese Orientierung der Radiowellen ist senkrecht zu der des Magnetfelds in der Galaxie. Die Beobachtungen bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen ermöglichen es zusätzlich, die Drehung der Polarisationsebene dieser Wellen herauszurechnen, die durch ihren Durchgang durch interstellare Materie entlang der Sichtlinie zur Erde erfolgt.
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Klein- und großskalige polarisierte Radiostrahlung von IC 342 bei 6 cm Wellenlänge mit einer Winkelauflösung von 25 Bogensekunden, zusammengesetzt aus Beobachtungen mit dem VLA(fünf Einzelbilder) und dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg. Das dargestellte Feld hat eine Ausdehnung von 0,27° x 0,27°.
Bildrechte: Polarisierte Radiostrahlung: R. Beck/MPIfR; Graphik: U. Klein/AIfA; Optisches Hintergrundbild : Kitt-Peak-Observatorium (T.A. Rector, Universität Alaska Anchorage, und H. Schweiker, WIYN und NOAO/AURA/NSF).
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Das Radioteleskop Effelsberg mit seinem großen Gesichtsfeld erfasst die volle Ausdehnung der Galaxie IC 342 in Radiowellenlängen. Wenn ihre Strahlung im sichtbaren Licht nicht teilweise von Staubwolken in unserer Milchstraße absorbiert würde, erschiene diese Galaxie so ausgedehnt wie der Vollmond am Himmel. Zusätzlich erfasst die hohe Winkelauflösung des VLA eine Reihe von feineren Strukturen im Radiobild der Galaxie. Das endgültige Bild setzt sich zusammen aus fünf Einzelaufnahmen mit je 24 Stunden Beobachtungszeit sowie 30 Stunden Beobachtungszeit mit dem Radioteleskop Effelsberg.
Wissenschaftlern am MPIfR, darunter Rainer Beck, waren die ersten, denen es gelang, polarisierte Radiostrahlung von Galaxien nachzuweisen. Es begann mit dem Nachweis polarisierter Radiostrahlung von der Andromeda-Galaxie mit dem Radioteleskop Effelsberg bereits im Jahr 1978. Einer Astronomin am MPIfR, Marita Krause, ist es im Jahr 1989 erstmals gelungen, polarisierte Radiostrahlung von Galaxien mit dem VLA zu messen. Unter den dabei beobachteten Quellen war auch IC 342, nach der Andromeda-Galaxie (Messier 31) und der Dreiecks-Galaxie (Messier 33) die drittnächste Spiralgalaxie am Himmel.
Das 100-m-Radioteleskop Effelsberg ist eines der größten voll beweglichen Radioteleskope der Erde. Es wird betrieben vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und liegt in einem Tal ca. 40 km südwestlich von Bonn. Es ist ein sehr empfindliches Instrument zur Untersuchung kosmischer Magnetfelder in nahegelegenen Galaxien aufgrund von Beobachtungen polarisierter Radiostrahlung bei unterschiedlichen Wellenlängen.
Das Very Large Array (VLA) ist eines der großen Radioobservatorien der Erde, bestehend aus insgesamt 27 Einzelantennen von je 25 m Durchmesser, die in Form eines großen Y in der San-Agustin-Ebene ca. 80 km westlich von Socorro (New Mexico/USA) aufgebaut sind. Das „National Radio Astronomy Observatory“ (NRAO) ist eine Einrichtung der „National Science Foundation“ und wird unter einem Kooperationsvertrag von der “Associated Universities, Inc.“ betrieben.
Quelle: MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT, MÜNCHEN
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