Ein nie zuvor gesehener Blick auf die Magnetfelder im Zentrum der Milchstraße (Bildnachweis: Villanova University/Paré, Karpovich, Chuss (PI)).
Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie, aber wie gut kennen wir sie eigentlich? Im Rahmen eines von der NASA finanzierten Projekts hat ein Team unter der Leitung von Forschern der Villanova University einen noch nie da gewesenen Blick auf den zentralen Motor im Herzen unserer Galaxie geworfen.
Die neue Karte dieser zentralen Region der Milchstraße, deren Erstellung vier Jahre gedauert hat, enthüllt die Beziehung zwischen den Magnetfeldern im Herzen unserer Galaxie und den kalten Staubstrukturen, die sich dort befinden. Dieser Staub bildet die Bausteine für Sterne, Planeten und letztlich für das Leben, wie wir es kennen. Der zentrale Motor der Milchstraße treibt diesen Prozess an.
Das bedeutet, dass ein klareres Bild von Staub und magnetischen Wechselwirkungen zu einem besseren Verständnis der Milchstraße und unseres Platzes in ihr führt. Die Ergebnisse des Teams haben auch Auswirkungen jenseits unserer Galaxie und bieten Einblicke in die Wechselwirkung von Staub und Magnetfeldern in den zentralen Motoren anderer Galaxien.
Die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Galaxien zu verstehen, ist ein wichtiger Teil der Entstehungsgeschichte des Lebens – aber bis jetzt wurde die Wechselwirkung von Staub und Magnetfeldern in diesem Prozess etwas übersehen, insbesondere in unserer eigenen Galaxie.
„Das Zentrum der Milchstraße und der größte Teil des Raums zwischen den Sternen ist mit viel Staub gefüllt, und das ist wichtig für den Lebenszyklus unserer Galaxie“, sagte David Chuss, Leiter des Forschungsteams und Physikprofessor an der Villanova University, gegenüber kosmischeweiten.de. „Was wir uns angesehen haben, ist das Licht, das von diesen kühlen Staubkörnern ausgestrahlt wird, die von schweren Elementen produziert werden, die in Sternen geschmiedet werden und sich zerstreuen, wenn diese Sterne sterben und explodieren.“
Eine Illustration unserer Galaxie, der Milchstraße. (Bildnachweis: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
Ein kompliziertes Bild der Magnetfelder in der Milchstraße
Im Herzen der Milchstraße gibt es eine Region, die zentrale molekulare Zone, die mit schätzungsweise 60 Millionen Sonnenmassen Staub gefüllt ist. Dieses riesige Staubreservoir hat eine Temperatur von etwa minus 432,7 Grad Fahrenheit (minus 258,2 Grad Celsius). Das sind nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 460 Grad Fahrenheit), der hypothetischen Temperatur, bei der alle atomaren Bewegungen zum Stillstand kommen würden.
Auch im Herzen der Milchstraße befindet sich heißeres Gas, das seiner Elektronen beraubt oder „ionisiert“ wurde und in einem Materiezustand vorliegt, der „Plasma“ genannt wird.
„Radiowellenbeobachtungen dieser Region weisen diese schönen vertikalen Elemente auf, die Magnetfelder in der heißen, ionisierten Plasmakomponente im Zentrum der Milchstraße nachzeichnen“, sagte Chuss. „Wir haben versucht, herauszufinden, in welcher Beziehung dies zu der kühlen Staubkomponente steht.
Das Team wollte auch wissen, wie sich dieser kühle Staub mit den Magnetfeldern im Zentrum der Milchstraße ausrichtet, was auch Aufschluss über die Ausrichtung dieser Magnetfelder geben würde. Eine solche Ausrichtung wird als „Polarisation“ bezeichnet.
Chuss und seine Kollegen erhielten von der NASA Mittel, um diese staubige zentrale Zone mit dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) zu untersuchen, einem Teleskop, das an Bord einer Boeing 747 in einer Höhe von 13.716 Metern über dem Globus kreiste.
Im Rahmen des Projekts Far-Infrared Polarimetric Large Area CMZ Exploration (FIREPLACE) wurde auf neun Flügen eine Infrarotkarte erstellt, die rund 500 Lichtjahre quer durch das Zentrum der Milchstraße reicht.
Anhand von Messungen der Polarisation der Strahlung, die von Staub ausgesandt wird, der sich an Magnetfeldern ausrichtet, konnte das Team die komplizierte Struktur dieser Magnetfelder selbst ermitteln. Dies wurde dann auf eine dreifarbige Karte übertragen, die warmen Staub in einem rosa Farbton und kühle Staubwolken in blau zeigt. Das Bild zeigt auch Radiowellen emittierende Filamente in Gelb.
Eine Karte der zentralen Region der Milchstraße mit heißem Gas in rosa, kühlem Staub in blau und Radiowellen aussendenden Filamenten in gelb. (Bildnachweis: Villanova University/Paré, Karpovich, Chuss (PI)).
„Dies ist eine Reise, kein Ziel, aber wir haben herausgefunden, dass dies eine sehr komplizierte Sache ist. Die Richtungen des Magnetfelds variieren in den Wolken im Zentrum der Milchstraße“, erklärte Chuss. „Dies ist der erste Schritt, um herauszufinden, wie das Feld, das wir in den Radiowellen über diese großen organisierten Filamente sehen, mit der restlichen Dynamik im Zentrum der Milchstraße zusammenhängt.“
Chuss erklärte, dass dieses komplizierte Bild der Magnetfelder etwas war, das er und das FIREPLACE-Team von der neuen SOFIA-Karte erwartet hatten; die Beobachtungen stimmten mit kleineren Infrarot- und Radiowellenbeobachtungen überein, die zuvor im Herzen der Milchstraße gemacht wurden. Die neue Karte besticht jedoch vor allem durch ihre schiere Größe. Es gelingt ihr, einige noch nie zuvor kartierte Regionen zu enthüllen. Auch die feinen Details, die in sie eingewoben sind, sind atemberaubend.
„Ich denke, dass wir noch viel Arbeit vor uns haben, um zu den endgültigen Schlussfolgerungen zu kommen. Interessant finde ich unter anderem, dass einige der Felder in dieselbe Richtung zu gehen scheinen wie die Filamente in den Radiowellen, und einige von ihnen scheinen mit der Richtung des Staubs weiter draußen in der Scheibe übereinzustimmen“, sagte Chuss. „Das ist ein verlockender Hinweis darauf, dass das großräumige Feld in der Scheibe unserer Galaxie und das vertikale Feld, das wir im Zentrum der Milchstraße beobachtet haben, vielleicht zusammenhängen.“
Er und sein Team werden die SOFIA-Daten in den nächsten zwei Jahren weiter analysieren und er hofft, dass diese Arbeit Theoretiker dazu inspirieren wird, neue Modelle zu entwickeln, um zu erklären, was im Herzen unserer Galaxie passiert.
Eine Preprint-Version der SOFIA-Daten ist auf dem Paper Repository arXiv veröffentlicht.
