- Riesige Gasansammlungen in der Milchstraße bilden Sterne durch magnetische Kräfte. Magnetfeldmessungen sind schwierig und basieren auf Staub- und Lichtstudien. Stanford-Astrophysikerin nutzt neue Techniken und Simulationen, um galaktischen Magnetismus zu erforschen. Staubkörner im interstellaren Medium richten sich nach Magnetfeldern aus und beeinflussen Lichtpolarisation. Magnetfeldstrukturen variieren zwischen Galaxientypen und bieten Einblicke in Galaxienbildung.
Inmitten des turbulenten Treibens der Milchstraße ballen sich riesige Gasansammlungen zu Wolken zusammen, in denen Sterne geboren werden. Bei diesem Prozess spielt eine verschleierte Kraft eine Rolle: der Magnetismus. „Es gibt dieses fantastische Zitat: Man kann die Unwissenheit eines Menschen an der Stärke seines Magnetfelds messen“, sagte eine Astrophysikerin an der Stanford University. „Mit anderen Worten, wenn wir in der Astrophysik ein historisches Problem haben, das wir nicht vollständig verstehen, geben wir einfach dem Magnetfeld die Schuld. Wir winken ab und sagen: ‚Ah! Das Magnetfeld!‘“
Die Herausforderung der Messung
Wie genau diese fundamentale Kraft unsere Galaxie formt, entzieht sich Wissenschaftlern seit langem, größtenteils weil die Messung des galaktischen Magnetfelds eine beträchtliche Herausforderung darstellt. Da es nicht direkt nachweisbar ist, locken Astronomen Hinweise hervor, indem sie Staub studieren, der durch das Magnetfeld ausgerichtet wurde, und das Licht, das durch diesen Staub hindurchtritt. Während vieles noch unbekannt bleibt, bringen uns neue Werkzeuge und Methoden der Wahrnehmung des Einflusses des Magnetismus auf die Entwicklung von Sternen und Galaxien näher.
Als Leiterin der Cosmic Magnetism and Interstellar Physics-Gruppe in Stanford nutzt sie eine Kombination aus neuartigen Beobachtungstechniken, Simulationen und Theorien, um die Rätsel des galaktischen Magnetismus zu lösen. Dieses Jahr wurde sie mit dem Sloan Research Fellowship für „herausragende frühe Karriere-Fakultätsmitglieder, die das Potenzial haben, ihre Forschungsbereiche zu revolutionieren“ ausgezeichnet. „Wir versuchen, es nicht als Maß für unsere Unwissenheit zu sehen, sondern wirklich die detaillierte Physik zu verstehen, wie das Magnetfeld Dinge beeinflusst“, sagte sie.
Überwindung der Unsichtbarkeit
Da das Magnetfeld selbst unsichtbar ist, wie kartieren Sie seine Struktur? Das interstellare Medium (ISM) enthält viel Staub, mikroskopische Materialteilchen, und diese kleinen Staubkörner haben eine amorphe Form; sie sind keine perfekten Kugeln. Sie richten sich mit einer bevorzugten Orientierung in Bezug auf das lokale Magnetfeld aus, in dem sie sich befinden. Eine Folge davon ist, dass das Licht von einem Hintergrundstern, das durch diese magnetisch ausgerichteten Staubkörner filtert, eine Polarisationsänderung erfährt.
Diese Staubkörner strahlen auch Licht aus, und diese Strahlung hat einen Polarisationswinkel, der durch die Ausrichtung des lokalen Magnetfelds festgelegt wird. Diese Methoden sind nur einige Beispiele der Werkzeuge, die zur Erforschung des Magnetfelds in der Galaxis verwendet werden. Es gibt jedoch noch viele offene Fragen darüber, wie das Magnetfeld in der Galaxie überhaupt erzeugt wird.
Den Ursprung verstehen
Wir möchten verstehen, was letztendlich den Ursprung des Magnetismus im Universum beeinflusst. Wie haben die Gasbewegungen während der Galaxienentstehung das Magnetfeld verstärkt und verteilt, um die heute beobachtete Struktur zu haben? Eine hilfreiche Entwicklung zur Beantwortung dieser Frage sind die Beobachtungen der Magnetfeldstruktur in anderen Galaxien.
Ja, wir sehen unterschiedliche Magnetfeldstrukturen in verschiedenen Galaxientypen und versuchen immer noch, das Gesamtbild zu verstehen. Eine besonders interessante Beobachtung betrifft die Antennengalaxien, zwei verschmelzende Galaxien, bei denen ein sehr kohärentes Magnetfeld in der Interaktionsregion zwischen ihnen durch Staubpolarisierung festgestellt wurde. Das ist aus vielen Gründen faszinierend.
Geburtsort des Sternenstaubs
Der Gasfluss im interstellaren Medium verläuft durch verschiedene physikalische Zustände. In den dichten, kalten Molekülwolken werden Sterne geboren. An einem anderen Ende des Spektrums finden wir sehr heißes Plasma. Der Zyklus umfasst den Übergang von Gas in verschiedene Phasen und seine Rückführung ins interstellare Medium, um neue Sterngenerationen zu bilden. Ein faszinierendes Phänomen ist, dass filamentäre Molekülwolken sich orthogonal zum lokalen Magnetfeld ausrichten.
Neue Entdeckungen
Wie kann das Studium des galaktischen Magnetfelds dabei helfen, herauszufinden, wie es entstanden ist? Die Antwort liegt vielleicht in der Betrachtung ferninfraroter Polarisationen anderer Galaxien oder in den Wechselwirkungen während der Galaxienbildung selbst. Obwohl wir möglicherweise nicht wissen, woher das „Saatfeld“ stammt, können moderne Beobachtungen Rückschlüsse auf die Verstärkung und Verteilung des Magnetfelds während der Galaxienentstehung bieten, die einstige Schwächen aber jetzt systematische Ansätze bereitstellen.
