Galaxien haben auch Magnetfelder! Bilder hier

Gelbes und rosa Licht in horizontaler Ansicht einer Scheibe auf schwarzem Hintergrund, blaue Stränge strecken sich von der Scheibe aus.

Größer anzeigen. | Die Galaxie NGC 5775 und ihr Magnetfeld sind in diesem zusammengesetzten Bild zusammen zu sehen, das über Radiodaten des Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in der Nähe von Socorro, New Mexico, überlagert mit einem optischen Bild des Hubble-Weltraumteleskops. Dieses Komposit gewann den 2. Platz in einem National Radio Astronomy ObservatoryBildwettbewerbum das 40-jährige Jubiläum von VLA zu feiern. Bild über Jayanne Englisch/NRAO/HST/J. Irwin et al.


Bis vor kurzem war die Messung schwacher Magnetfelder für weit entfernte Galaxien äußerst schwierig. Teleskope waren einfach nicht empfindlich genug, um solch schwache Signale zu registrieren. Im Jahr 2011 wurde das berühmte Very Large Array (VLA) Radio-Observatorium in New Mexico wurde modernisiert und mit einem neuen ausgestattetKorrelator(mehr oder weniger ein neues „Gehirn“) plus neueGlasfaseroptikund Elektronik. Die Renovierung ermöglichte es der VLA, über einen viel größeren Teil des Radioteils deselektromagnetisches Spektrumals vorher. Infolgedessen haben Astronomen begonnen, diegroße Gashalosumgebende Galaxien. Und sie haben die riesigen Magnetfelder, die sich weit in diese Halos erstrecken, entdeckt – und begonnen, sie zu visualisieren.

Wenn Sie die schwer fassbaren Magnetfelder beobachten möchten, die sich von Galaxien ausdehnen, ist es nicht so praktisch, es sich anzusehenim AngesichtGalaxien, dh Galaxien, die wir von oben oder unter ihrer Scheibe sehen. Die schwachen Emissionen der Magnetfelder von Face-on-Galaxien werden in den hellen Emissionen der Sterne von den Scheiben dieser Galaxien übertönt. Stattdessen ist es praktischer anzusehenKante-aufGalaxien. Wenn Astronomen eine Galaxie von der Kante aus betrachten, können sie den schwachen Halo über und unter der flachen Scheibe der Galaxie deutlicher sehen. Dann können sie die spezielle Radioemission messen, die durch das Magnetfeld der Galaxie verursacht wird.


Zwei Galaxien, eine als flache Spirale in Lila, die andere als diagonale Linie in Gelb.

Ein Beispiel für eine Face-On-Galaxie ist im linken Bild (NGC 3344) und ein Beispiel für eine Edge-On-Galaxie im rechten Bild (NGC 891) zu sehen. Letztere hat die optimale Ausrichtung für Astronomen, um Magnetfelder oberhalb und unterhalb der Galaxienscheibe zu erkennen. Bilder überAdam Block/ Mount Lemmon SkyCenter/ Universität von Arizona/ Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0 US) undHewholooks/ Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

Schauen Sie sich das Bild ganz oben auf dieser Seite noch einmal an. Galaxy NGC 5775 ist eine Edge-On-Galaxie. Es ist relativ nahe bei uns, wie Galaxien gehen, mit 94 MillionenLichtjahre. Aus diesem Grund ist es der VLA gelungen, Daten zu erfassen, die es uns ermöglichen, den Halo und das Magnetfeld dieser Galaxie sehr detailliert zu sehen. Das Radiobild wird einem optischen Bild aus dem überlagertHubble-Weltraumteleskopder flachen Scheibe der Galaxie. Sie können rosafarbene heiße Gasblasen in der Scheibe sehen. Diese Blase sind die Geburtsstätten vonkosmische Strahlungdie sich als Winde ausbreiten und dazu beitragen, den großen Halo der Galaxie zu bilden, der im sichtbar istRadioTeil des elektromagnetischen Spektrums und somit für das neu aktualisierte VLA sichtbar.

Mehrere große weiße tellerförmige Radioteleskope, die auf den klaren blauen Himmel zeigen.

Aktualisierungen des Very Large Array – umbenannt inKarl G. Jansky Sehr großes Array, aber den Astronomen immer noch bekannt alsdie VLA– ermöglichte es, Magnetfelder in den Randgebieten von Galaxien zu untersuchen. Bild über Theresa Wiegert.

Ein Teil der kosmischen Strahlung in NGC 5775 wird von dermagnetische Feldlinienim Halo der Galaxie. Magnetische Feldlinien zeigen die Richtung der magnetischen Kraft: Wenn beispielsweise starke Magnetfeldlinien einen irdischen Kompass beeinflussen, würden sie der Nadel deines Kompasses sagen, in welche Richtung sie zeigen soll. Deshalb zeigt eine Kompassnadel nach Norden.




Roter horizontaler Balken mit schwarzen Linien, die von den Enden ausgehen.

Ein Stabmagnet mit aufgereihten Eisenspänen, der die magnetischen Feldlinien zeigt. Auf ähnliche Weise verfolgt die Strahlung sehr schneller Elektronen – kosmische Strahlung – galaktische Magnetfeldlinien, während sie sich spiralförmig um sie drehen. Bild überPhysik-Stapelaustausch.

Im oberen Galaxienbild sehen wir die magnetischen Feldlinien als „Flusslinien“. Aus diesen magnetischen Kraftlinien fließt die Radioemission, die später vom VLA aufgenommen wird. Die Feldlinien gehen unerwartet weit hinaus, bis zu 26.000 Lichtjahre von der Scheibe der Galaxie NGC 5775 entfernt. Das ist ein Viertel der Größe der Galaxie selbst!

Beachten Sie, dass in den Bildern in diesem Artikel die Flusslinien des Magnetfelds einer Galaxie ein bisschen wie die schimmernden „Lichtvorhänge“ aussehen, die manchmal inPolarlicht, oder Nordlichter. Wie die Nadel Ihres Kompasses werden Polarlichter von Kraftlinien im Erdmagnetfeld geleitet.

Auch andere Planeten haben Polarlichter; Jupiter hat ein unglaublich starkes Magnetfeld, 14 mal stärker als das der Erde!


Im Vergleich dazu liegen die Magnetfelder in Galaxien in der Größenordnung von einer Million Malschwächerals die der Erde. Sie sehen vielleicht, dass es erstaunlich ist, dass wir so etwas aus Millionen von Lichtjahren Entfernung entdecken können.

Diagonale Galaxie auf schwarzem Hintergrund, mit sehr vielen grünen, feinen Linien, die sich davon erstrecken.

Hier ist eine weitere Galaxie, deren Magnetfeld mit Beobachtungen des VLA abgebildet wurde. Dieses Bild zeigt eine Nahaufnahme von NGC 4666 in optischer Sicht, wie sie von Hubble beobachtet wurde, mit einem VLA-Radiobild der Magnetfeldlinien, die grün überlagert sind. Diese Galaxie befindet sich 86 MillionenLichtjahrevon uns, produziert viel mehr Sterne pro Jahr als die Milchstraße und heißt aStarburst-Galaxie. Sein Halo mit seinem begleitenden Magnetfeld ist enorm und erstreckt sich 22.000 Lichtjahre von der Scheibe entfernt. In dieser Galaxie entdeckten Astronomen auch, dass das Magnetfeld die Richtung in der Scheibe ändert. Dieses Bild erhielt kürzlich eine lobende ErwähnungBildwettbewerbdes National Radio Astronomy Observatory.Lesen Sie mehr über dieses Bild.Bild über Yelena Stein/NRAO/HST/CTIO/J.Irwin et al.

Aber was sind die Magnetfelder einer Galaxie wirklich? Wie messen Astronomen sie?

Normalerweise ist Magnetismus für uns visuell unsichtbar. Der Magnet an einem Spielzeugauto, der auf ein anderes Auto in einem Kinderzug einwirkt, kann wie Magie wirken (selbst für Erwachsene, die darüber nachdenken). Wir können Magnetismus nicht mit unseren Augen sehen. Doch das Magnetfeld der Erde ist in unserem Leben allgegenwärtig, umgibt uns immer und ist stark genug, um uns davor zu schützenionisierende Strahlungvon der Sonne, die sonst unsere Zellen verwüsten würde.


Wenn einElektronbewegt sich sehr schnell, nahe der Lichtgeschwindigkeit, es heißt akosmischen Strahlung. Wenn sich eine kosmische Strahlung einer magnetischen Feldlinie in einer Galaxie nähert, wird sie spiralförmig um sie herum und sendet eine spezielle Art von Radioemission namens . ausSynchrotron-Emission. Mit einem Radioteleskop wie dem VLA können Astronomen diese schwache Strahlung messen und sehen, wie sie istpolarisiert– Die Synchrotronemission ist ein Tracer des Magnetfelds, das sie verursacht hat.

Astronomen wissen also, dass dort, wo sie Synchrotronemission in Galaxien finden, auch Magnetfelder vorhanden sein müssen.

Aber es gibt eine Menge Dinge, die wir noch nicht wissen. Wie entstehen die Magnetfelder einer Galaxie und wie werden sie aufrechterhalten?

Seitenansicht der Galaxie, mit vielen weißen bis minziggrünen Strähnen, die sich von ihr weg erstrecken und ein bisschen wie Goldfischflossen aussehen.

NGC 4217 ist eine Edge-On-Galaxie mit einem beeindruckend ausgedehnten Magnetfeld. Sie ähnelt in ihrer Struktur unserer Milchstraße und befindet sich 67 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Wie bei NGC 5775 ist dieses Bild eine Komposition aus einem Bild, das die Galaxie in optischem Licht mit ionisierten Wasserstoffdaten in Rot und Radiodaten mit überlagerten magnetischen Feldlinien zeigt. Bild über Yelena Stein/NRAO/SDSS/KPNO/J.Irwin et al.

Wenn ihre Beobachtungen des Universums Fragen aufwerfen, setzen sich Astronomen oft hin, um ihre Antworten über . zu findenastrophysikalische Theorie. Eine beliebte Theorie, die Magnetfelder erklärtInnerhalbdie Scheibe einer Galaxie wird als galaktisch bezeichnetDynamo. Kurz gesagt, die Theorie beschreibt, wie ein internes (zur Galaxie)Dynamoerzeugt das Magnetfeld durch eine flüssigkeitsähnliche Bewegung – Rotation undKonvektion– in Heißgas damitkinetische Energie(Bewegungsenergie) wird in magnetische Energie umgewandelt.

Der interne Dynamo einer fernen Galaxie könnte durch Supernova-Explosionen angetrieben werden. Rotationskräfte und -bewegungen können am Werk sein, um ein großes, symmetrisches Magnetfeld zu erzeugen. In der Zwischenzeit würden andere Gasbewegungen innerhalb der Galaxie – zum Beispiel einfallendes Gas – Asymmetrien im Feld erzeugen.

Aber denken Sie daran, was wir zuvor über das Magnetfeld einer Galaxie gesagt haben. Man sieht, dass es sich weit, weit in den umgebenden Halo einer Galaxie ausdehnt. Eine Sache, die nicht bekannt ist, ist, wie das Magnetfeld so weit draußen im Halo aufrechterhalten werden kann. Dies ist ein Bereich der aktuellen Forschung und Beobachtung, da Instrumente es Astronomen ermöglichen, Magnetfelder auf diesen schwachen Niveaus zu erkennen und zu messen. Ein weiteres, neues Radioteleskop, das bei diesem Unterfangen noch weiter helfen wird, ist das kommendeQuadratkilometer-Array.

Übrigens hat auch unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, ein Magnetfeld.Aktuelle Forschungzeigt, dass sich das Magnetfeld der Milchstraße verdreht!

Mehrere hellgrüne, gewellte Vorhänge in der Luft mit einem winzigen roten Fleck.

Auf ForVM-Community-Fotos ansehen. | Visualisierungen der Magnetfelder von Galaxien könnten teilweise von Bildern wie diesem von irdischen Polarlichtern inspiriert sein. Das Licht von Polarlichtern wird jedoch etwas anders erzeugt: aus Molekülen in unserer Atmosphäre, die durch ionisierte Teilchen der Sonne, die im Erdmagnetfeld gefangen sind, mit Energie versorgt werden. David Kakuktinniq vom Rankin Inlet, Nunavut, Kanada, hat am 12. September 2020 die Aurora Borealis eingefangen. Er schrieb: „Northern Lights over the Hudson Bay, mit Mars in der Mitte des Bildes.“ Danke, David!

Die auf dieser Seite gezeigten Bilder von galaktischen Magnetfeldern sind keine Fotos, wie das Foto des Nordlichts oben. Wir können die Magnetfelder von Galaxien nicht mit unseren Augen sehen.

Stattdessen müssen Astronomen eine spezielle Verarbeitung durchführen, um die Magnetfelder abzurufen, indem sie die Intensität und Polarisation der Radiowellen untersuchen. Sobald Sie die Polarisation haben, kennen Sie die Richtung des Magnetfelds an verschiedenen Orten und können diese in einer Karte als Pfeile (Vektoren) darstellen. Diese Art von Karten sind jedoch optisch nicht sehr ansprechend, daher wurden die Magnetfelder hier in einer neuen Technik mit einem sogenannten . erzeugtLinienfaltungsintegralMethode. Es ermöglicht die Glättung der Vektoren mit dem Bild des Halos in einem Muster, das genau dasselbe zeigt – die Intensität und die Richtung des Magnetfelds. Die Astronomin Jayanne English ist Professorin an der University of Manitoba und hat die Entwicklung aller hier gezeigten Bilder entweder geleitet oder unterstützt. Sieerklärt hier fesselnd, wie sie gemacht werden.

Fazit: Bis vor kurzem waren Magnetfelder in den Randgebieten von Galaxien zu schwach, um sie zu beobachten. Dieser Artikel spricht darüber, warum – und ein bisschen darüber, wie – wir jetzt beginnen können, diese riesigen Felder zu betrachten.