Helikales Magnetfeld um die Molekülwolke im Orion. Bildnachweis: NRAO / AUI / NSF Zum Vergrößern anklicken
Astronomen gaben heute (Donnerstag, 12. Januar) bekannt, was die erste Entdeckung eines helikalen Magnetfelds im interstellaren Raum sein könnte, das sich wie eine Schlange um eine Gaswolke im Sternbild Orion wickelt.
"Sie können sich diese Struktur als einen riesigen, magnetischen Slinky vorstellen, der um eine lange, fingerartige interstellare Wolke gewickelt ist", sagte Timothy Robishaw, ein Doktorand der Astronomie an der University of California in Berkeley. „Die Magnetfeldlinien sind wie gedehnte Gummibänder. Die Spannung drückt die Wolke in ihre filamentäre Form. “
Astronomen haben lange gehofft, bestimmte Fälle zu finden, in denen magnetische Kräfte die Form interstellarer Wolken direkt beeinflussen, aber laut Robishaw "waren Teleskope der Aufgabe einfach nicht gewachsen ... bis jetzt."
Die Ergebnisse liefern den ersten Beweis für die Magnetfeldstruktur um eine filamentförmige interstellare Wolke, die als Orion Molecular Cloud bekannt ist.
Die heutige Ankündigung von Robishaw und Carl Heiles, Professor für Astronomie an der UC Berkeley, erfolgte während einer Präsentation auf dem Treffen der American Astronomical Society in Washington, D.C.
Interstellare Molekülwolken sind die Geburtsorte von Sternen, und die Orion-Molekülwolke enthält zwei solche Sternkindergärten - eine im Gürtel und eine im Schwert der Orion-Konstellation. Interstellare Wolken sind dichte Regionen, die in ein externes Medium mit viel geringerer Dichte eingebettet sind, aber die „dichten“ interstellaren Wolken sind nach Erdstandards ein perfektes Vakuum. In Kombination mit magnetischen Kräften ist es die Größe dieser Wolken, die genug Schwerkraft erzeugt, um sie zu Sternen zusammenzuziehen.
Astronomen wissen seit einiger Zeit, dass viele Molekülwolken filamentäre Strukturen sind, deren Formen vermutlich durch ein Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und Magnetfeldern geformt werden. Bei der Erstellung theoretischer Modelle dieser Wolken haben die meisten Astrophysiker sie eher als Kugeln als als fingerartige Filamente behandelt. Eine im Jahr 2000 von Dr. Jason Fiege und Ralph Pudritz von der McMaster University schlugen vor, dass filamentäre Molekülwolken bei richtiger Behandlung ein helikales Magnetfeld um die Längsachse der Wolke aufweisen sollten. Dies ist die erste Beobachtungsbestätigung dieser Theorie.
"Das Messen von Magnetfeldern im Weltraum ist eine sehr schwierige Aufgabe", sagte Robishaw, "weil das Feld im interstellaren Raum sehr schwach ist und weil es systematische Messeffekte gibt, die zu fehlerhaften Ergebnissen führen können."
Die Signatur eines Magnetfelds, das zur Erde hin oder von dieser weg zeigt, ist als Zeeman-Effekt bekannt und wird als Aufteilung einer Hochfrequenzlinie beobachtet.
"Eine Analogie wäre, wenn Sie das Radiowählrad scannen und denselben Sender durch ein kleines Leerzeichen getrennt erhalten", erklärte Robishaw. "Die Größe des Leerraums ist direkt proportional zur Stärke des Magnetfelds an der Stelle im Raum, an der der Sender ausgestrahlt wird."
In diesem Fall wird das Signal mit 1420 MHz auf dem Funkrad von interstellarem Wasserstoff ausgestrahlt - dem einfachsten und am häufigsten vorkommenden Atom im Universum. Der Sender befindet sich 1750 Lichtjahre entfernt im Orion-Sternbild.
Die Antenne, die diese Funkübertragungen empfangen hat, ist das Green Bank Telescope (GBT) der National Science Foundation, das vom National Radio Astronomy Observatory betrieben wird. Das Teleskop mit einer Höhe von 148 Metern und einer Schale mit einem Durchmesser von 100 Metern befindet sich in West Virginia, wo 13.000 Quadratmeilen als National Radio Quiet Zone vorgesehen sind. Auf diese Weise können Radioastronomen Funkwellen aus dem Weltraum ohne Störung durch künstliche Signale beobachten.
Mit dem GBT beobachteten Robishaw und Heiles Radiowellen entlang von Schnitten über die Orion-Molekülwolke und stellten fest, dass das Magnetfeld seine Richtung umkehrte und auf die Erde auf der Oberseite der Wolke und von ihr weg auf die Unterseite zeigte. Sie verwendeten frühere Beobachtungen des Sternenlichts, um zu untersuchen, wie das Magnetfeld vor der Wolke ausgerichtet ist. (Es gibt keine Möglichkeit, Informationen darüber zu erhalten, was sich hinter der Wolke abspielt, da die Wolke so dicht ist, dass weder optisches Licht noch Radiowellen in sie eindringen können.) Wenn alle verfügbaren Messungen kombiniert wurden, entstand das Bild eines Korkenziehermusters, das sich um die Wolke wickelte .
"Diese Ergebnisse waren aus mehreren Gründen für mich unglaublich aufregend", sagte Robishaw. "Es gibt das wissenschaftliche Ergebnis einer helikalen Feldstruktur. Dann ist da noch die erfolgreiche Messung: Diese Art der Beobachtung ist sehr schwierig und es dauerte Dutzende von Stunden am Teleskop, um zu verstehen, wie diese riesige Schale auf die polarisierten Radiowellen reagiert, die die Signatur eines Magnetfelds sind. "
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen legen Robishaw und Heiles nahe, dass das GBT nicht nur unter großen Radioteleskopen zur Messung von Magnetfeldern beispiellos ist, sondern auch das einzige, das schwache Magnetfelder zuverlässig erkennen kann.
Heiles warnte, dass es eine mögliche alternative Erklärung für die beobachtete Magnetfeldstruktur gibt: Das Feld könnte um die Vorderseite der Wolke gewickelt sein.
"Es ist ein sehr dichtes Objekt", sagte Heiles. "Es liegt auch in der ausgehöhlten Hülle einer sehr großen Stoßwelle, die gebildet wurde, als viele Sterne im benachbarten Sternbild Eridanus explodierten."
Diese Stoßwelle hätte das Magnetfeld mitgenommen, sagte er, „bis es die Molekülwolke erreichte! Die Magnetfeldlinien würden sich über das Gesicht der Wolke erstrecken und um die Seiten gewickelt werden. Die Signatur einer solchen Konfiguration wäre dem, was wir jetzt sehen, sehr ähnlich. Was uns wirklich überzeugt, dass dies ein helikales Feld ist, ist, dass es einen konstanten Neigungswinkel zu den Feldlinien über der Oberfläche der Wolke zu geben scheint. “
Die Situation kann jedoch durch weitere Untersuchungen geklärt werden. Robishaw und Heiles planen, ihre Messungen in dieser und anderen Clouds mithilfe des GBT zu erweitern. Sie werden auch mit kanadischen Kollegen zusammenarbeiten, um mithilfe von Sternenlicht das Feld über dieser und anderen Wolken zu messen.
"Die Hoffnung besteht darin, genügend Beweise zu liefern, um die wahre Struktur dieses Magnetfelds zu verstehen", sagte Heiles. "Ein klares Verständnis ist wichtig, um die Prozesse, durch die Molekülwolken Sterne in der Milchstraße bilden, wirklich zu verstehen."
Die Forschung wurde von der National Science Foundation unterstützt.
