Ein neues Bild des Herzens der Milchstraße enthüllt mysteriöse Strukturen, die wir noch nie zuvor gesehen haben.
Die Bilder, die mit dem hochempfindlichen MeerKAT-Radioteleskop in Südafrika aufgenommen wurden, zeigen fast 1.000 Stränge magnetischer Filamente mit einer Länge von bis zu 150 Lichtjahren in überraschend ordentlicher und regelmäßiger Anordnung.
Das ist das Zehnfache der Anzahl dieser Stränge, von denen wir zuvor wussten, und fügt wichtige statistische Daten hinzu, die uns endlich helfen könnten, ihre Natur zu verstehen, ein Rätsel seit ihrer Entdeckung in den 1980er Jahren.
„Wir haben lange Zeit einzelne Filamente mit kurzsichtiger Sicht untersucht“, sagt der Astrophysiker Farhad Yusef-Zadeh von der Northwestern University, der die Filamente ursprünglich entdeckte.
„Jetzt sehen wir endlich das große Ganze – eine Panoramaansicht voller Filamente. Allein die Untersuchung einiger Filamente macht es schwierig, wirkliche Schlussfolgerungen darüber zu ziehen, was sie sind und woher sie kommen. Dies ist ein Wendepunkt bei der Förderung unserer Verständnis dieser Strukturen.“
Obwohl es nur etwa 25.000 Lichtjahre entfernt ist (was kosmisch gesehen nicht sehr weit ist), ist das Zentrum der Milchstraße sehr schwer zu sehen. Es ist von dichten Staub- und Gaswolken umgeben, die einige Wellenlängen des Lichts blockieren, einschließlich des optischen Bereichs. Aber wir können Technologie nutzen, um unsere Vision auf unsichtbare Wellenlängen zu optimieren.
MeerKAT, betrieben vom South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), ist einer der fortschrittlichsten der Welt Radioteleskope, und seit es 2016 sein Auge öffnete, gibt es uns einen frühen Einblick in das galaktische Zentrum.
Sein neustes Bild ist ein absoluter Hingucker. Es wurde aus 200 Stunden Beobachtungsdaten konstruiert, die über drei Jahre gesammelt wurden, und es zeigt uns die Region in Radiowellenlängen mit unübertroffener Klarheit und Tiefe.
Der Spektralindex der Filamente des galaktischen Zentrums. (Northwestern University/SARAO/Oxford University)
Yusef-Zadeh und sein Team verwendeten dann eine Technik, um den Hintergrund aus dem Bild zu entfernen und die magnetischen Fäden freizulegen, die in Clustern um das galaktische Zentrum verteilt sind.
Es ist unklar, was sie sind oder wie sie entstanden sind. Was wir wissen, ist, dass sie Elektronen der kosmischen Strahlung enthalten, die sich in Filamenten von Magnetfeldern mit nahezu Lichtgeschwindigkeit drehen.
Die neuen Bilder haben es den Forschern ermöglicht, etwas mehr über die Stränge herauszufinden, was uns ihrem Verständnis einen Schritt näher gebracht hat.
„Wenn Sie zum Beispiel von einem anderen Planeten stammen und einer sehr großen Person auf der Erde begegnen, könnten Sie davon ausgehen, dass alle Menschen groß sind. Aber wenn Sie Statistiken über eine Bevölkerungsgruppe erstellen, können Sie die durchschnittliche Größe ermitteln.“ Yusef-Zadeh erklärt.
„Genau das machen wir. Wir können die Stärke von Magnetfeldern finden, ihre Länge, ihre Ausrichtung und das Strahlungsspektrum.“
Wir wissen jetzt, dass die Magnetfelder über die gesamte Länge aller Filamente verstärkt werden. Die neuen Daten enthüllten auch einen bisher unbekannten Supernova-Überrest; es hat eine andere Strahlungssignatur als die Filamente. Das bedeutet, dass wir den Supernova-Überrest als wahrscheinlichen Vorläufer der Filamente ausschließen können.
Ein kugelförmiger Supernova-Überrest, der vom MeerKAT-Team entdeckt wurde. (I. Heywood/SARAO)
Im Jahr 2019 enthüllten frühere MeerKAT-Daten die Existenz riesiger Radioblasen, die sich über und unter der galaktischen Ebene erstrecken, getrennt von den 2010 entdeckten Gammastrahlen-Fermiblasen. Es ist möglich, dass die Filamente mit diesen Radioblasen verwandt sind, aber diese Möglichkeit wird benötigt in einer zukünftigen Arbeit untersucht werden.
Die neuen Daten enthüllten auch ein neues Rätsel. Die Filamente sind in Gruppen oder Clustern verteilt, und innerhalb dieser Cluster sind sie sehr gleichmäßig verteilt – wie die Saiten einer Harfe, sagten die Forscher.
„Sie ähneln fast den regelmäßigen Abständen in Sonnenschleifen“, sagt Yusef-Zadeh. „Wir wissen immer noch nicht, warum sie in Clustern auftreten oder verstehen, wie sie sich trennen, und wir wissen nicht, wie diese regelmäßigen Abstände entstehen. Jedes Mal, wenn wir eine Frage beantworten, stellen sich mehrere andere Fragen.“
Wir kennen auch nicht den Mechanismus, der die Elektronen innerhalb der magnetischen Filamente beschleunigt. Es ist möglich, dass die Filamente mit einem magnetischen Filament verwandt sind, das letztes Jahr seltsamerweise entdeckt wurde und Strahlung sowohl im Radio- als auch im Röntgenbereich aussendet.
Der nächste Schritt wird darin bestehen, jedes Filament der Reihe nach zu untersuchen und seine Eigenschaften für einen vollständigen Katalog zu charakterisieren, der eingehende statistische Analysen ermöglicht.
„Wir sind einem umfassenderen Verständnis sicherlich einen Schritt näher gekommen“, sagt Yusef-Zadeh. „Aber die Wissenschaft ist eine Reihe von Fortschritten auf verschiedenen Ebenen. Wir hoffen, dem auf den Grund zu gehen, aber es bedarf weiterer Beobachtungen und theoretischer Analysen. Ein vollständiges Verständnis komplexer Objekte braucht Zeit.“
Die Forschung wurde angenommen Die Briefe des astrophysikalischen Journals, und ist verfügbar unter arXiv. Ein Begleitpapier, das das Mosaik beschreibt, angenommen in Das Astrophysikalische Journal, ist auch auf verfügbar arXiv. Der Daten wurden auch öffentlich veröffentlicht.
