Het magnetische veld van Cosmic Superbubble voor het eerst in 3D in kaart gebracht

[univers]

Een nieuwe strategie voor het traceren van gemagnetiseerde structuren in 3D zal helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de invloed van magnetische velden in de kosmos.


Krediet: Theo O'Neill / World Wide Telescope
Seattle, WA - Astronomen bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) hebben een unieke kaart onthuld die kan helpen bij het beantwoorden van tientallen jaren oude vragen over de oorsprong van sterren en de invloeden van magnetische velden in de kosmos.

De kaart onthult de waarschijnlijke magnetische veldstructuur van de Local Bubble - een gigantische, 1000 lichtjaar brede holte in de ruimte rond onze zon. Net als een stuk Zwitserse kaas zit ons sterrenstelsel vol met deze zogenaamde superbellen. De explosieve sterfgevallen door supernova's van massieve sterren blazen deze bellen op en concentreren daarbij gas en stof - de brandstof voor het maken van nieuwe sterren - op de buitenoppervlakken van de bellen. Deze dikke oppervlakken dienen daarom als rijke locaties voor latere ster- en planeetvorming.

Het algemene begrip van superbellen door wetenschappers blijft echter onvolledig. Met de nieuwe 3D-magneetveldkaart beschikken onderzoekers nu over nieuwe informatie die de evolutie van superbellen, hun effecten op stervorming en op grote sterrenstelsels beter zou kunnen verklaren.

"Door deze 3D-kaart van de Local Bubble samen te stellen, kunnen we superbellen op nieuwe manieren onderzoeken", zegt Theo O'Neill , die de kartering leidde tijdens een 10 weken durende, door NSF gesponsorde zomeronderzoekservaring bij de CfA toen hij nog een student was. aan de Universiteit van Virginia (UVA).



"De ruimte zit vol met deze superbellen die de vorming van nieuwe sterren en planeten veroorzaken en de algemene vormen van sterrenstelsels beïnvloeden", vervolgt O'Neill, die in december 2022 afstudeerde aan de UVA met een graad in astronomie-natuurkunde en statistiek. "Door meer te leren over de exacte mechanica die de lokale luchtbel aandrijft, waarin de zon vandaag leeft, kunnen we meer leren over de evolutie en dynamiek van superbellen in het algemeen."

Samen met collega's presenteerde O'Neill de bevindingen op de 241e jaarlijkse bijeenkomst van de American Astronomical Society op woensdag 11 januari in Seattle, Washington. 3D interactieve figuren en een pre-print van het onderzoek zijn momenteel beschikbaar op Authorea . Het onderzoek werd uitgevoerd bij CfA onder mentorschap van Harvard-professor en CfA-astronoom Alyssa Goodman , in samenwerking met Catherine Zucker, een Harvard PhD-astronomie-alumna, Jesse Han, een Harvard-promovendus en Juan Soler, een expert op het gebied van magnetische velden in Rome.

"Vanuit een fundamenteel natuurkundig standpunt weten we al lang dat magnetische velden een belangrijke rol moeten spelen in veel astrofysische fenomenen", zegt Goodman, die dertig jaar geleden haar proefschrift schreef over het belang van kosmische magnetische velden. "Maar het bestuderen van deze magnetische velden is notoir moeilijk geweest. De moeilijkheid drijft me voortdurend weg van magnetisch veldwerk, maar dan verleiden nieuwe observatietools, computationele methoden en enthousiaste collega's me er weer in. De computersimulaties en all-sky surveys van vandaag kunnen eindelijk worden goed genoeg om magnetische velden echt te integreren in ons bredere beeld van hoe het universum werkt, van de bewegingen van kleine stofdeeltjes tot de dynamiek van clusters van sterrenstelsels."

De Lokale Luchtbel is naar voren gekomen als een hot topic in de astrofysica omdat het de superbel is waarin de Zon en ons Zonnestelsel zich nu bevinden. In 2020 werd de 3D-geometrie van de Local Bubble aanvankelijk uitgewerkt door onderzoekers in Griekenland en Frankrijk. In 2021 toonden Zucker, nu van het Space Telescope Science Institute, Goodman, João Alves van de Universiteit van Wenen, en hun team aan dat het oppervlak van de Local Bubble de bron is van alle nabije, jonge sterren .

Die studies, samen met de nieuwe 3D-magneetveldkaart, waren gedeeltelijk gebaseerd op gegevens van Gaia, een in de ruimte gestationeerd observatorium gelanceerd door de European Space Agency (ESA). Tijdens het meten van de posities en bewegingen van sterren, werd Gaia ook gebruikt om de locatie van kosmisch stof af te leiden, de lokale concentraties in kaart te brengen en de geschatte grenzen van de Lokale Bel te tonen.

Deze gegevens werden door O'Neill en collega's gecombineerd met gegevens van Planck , een andere door ESA geleide ruimtetelescoop. Planck, die van 2009 tot 2013 een all-sky survey uitvoerde, was in de eerste plaats ontworpen om het relikwielicht van de oerknal te observeren. Tijdens het proces verzamelde het ruimtevaartuig metingen van microgolfgolflengtelicht vanuit de hele lucht. De onderzoekers gebruikten een deel van Planck-waarnemingen die de emissie van stof in de Melkweg traceren die relevant is om het magnetische veld van de Lokale Bel in kaart te brengen.

Concreet bestonden de waarnemingen van interesse uit gepolariseerd licht, wat betekent dat licht trilt in een voorkeursrichting. Deze polarisatie wordt veroorzaakt door magnetisch uitgelijnde stofdeeltjes in de ruimte. De uitlijning van het stof spreekt op zijn beurt over de oriëntatie van het magnetische veld dat op de stofdeeltjes inwerkt.

Door de magnetische veldlijnen op deze manier in kaart te brengen, konden onderzoekers die aan de Planck-gegevens werkten een 2D-kaart samenstellen van het magnetische veld dat op de lucht wordt geprojecteerd, gezien vanaf de aarde. Om deze kaart in drie ruimtelijke dimensies te veranderen of te "de-projecteren", hebben de onderzoekers twee belangrijke veronderstellingen gemaakt: ten eerste dat het grootste deel van het interstellaire stof dat de waargenomen polarisatie veroorzaakt, in het oppervlak van de Lokale Bel ligt. En ten tweede, dat theorieën die voorspellen dat het magnetische veld zou worden "opgeveegd" in het oppervlak van de bel terwijl het uitzet, correct zijn.

O'Neill voerde vervolgens de gecompliceerde geometrische analyse uit die nodig was om de 3D-magneetveldkaart te maken tijdens de CfA-zomerstage.

Goodman vergelijkt het onderzoeksteam met baanbrekende kaartenmakers die enkele van de eerste kaarten van de aarde hebben gemaakt.

"We hebben enkele grote aannames gedaan om deze eerste 3D-kaart van een magnetisch veld te maken; het is zeker geen perfect beeld", zegt ze. "Naarmate de technologie en ons fysieke begrip verbeteren, zullen we de nauwkeurigheid van onze kaart kunnen verbeteren en hopelijk kunnen bevestigen wat we zien."

De 3D-weergave van magnetische slierten die tevoorschijn kwamen, vertegenwoordigt de magnetische veldstructuur van onze superbel in de buurt, als het veld inderdaad in het oppervlak van de bel werd geveegd en als de meeste polarisatie daar wordt geproduceerd.

Het onderzoeksteam vergeleek de resulterende kaart verder met kenmerken langs het oppervlak van de Local Bubble. Voorbeelden waren de Per-Tau Shell, een gigantisch bolvormig gebied van stervorming, en het Orion moleculaire wolkencomplex, een andere prominente sterrenkraamkamer. Toekomstige studies zullen de associaties tussen magnetische velden en deze en andere oppervlaktekenmerken onderzoeken.

"Met deze kaart kunnen we echt beginnen met het onderzoeken van de invloeden van magnetische velden op stervorming in superbellen", zegt Goodman. "En wat dat betreft, krijg een beter begrip van hoe deze velden tal van andere kosmische verschijnselen beïnvloeden."

Omdat magnetische velden alleen de beweging en oriëntatie van geladen deeltjes in astrofysische omgevingen beïnvloeden, is er volgens Goodman een tendens geweest om de invloed van de velden buiten beschouwing te laten bij het bouwen van simulaties en theorieën waarin zwaartekracht - die op alle materie inwerkt - de primaire kracht is. . Om de opname ervan verder te ontmoedigen, kan magnetisme een duivels complexe kracht zijn om te modelleren.

Deze weglating van de invloed van magnetische velden, hoewel begrijpelijk, laat vaak een sleutelfactor buiten beschouwing die de gasbewegingen in het universum regelt. Deze bewegingen omvatten gas dat op sterren stroomt terwijl ze zich vormen, en wegvloeit van sterren in krachtige jets die van hen uitgaan terwijl ze materie verzamelen in een planeetvormende schijf. Zelfs als het effect van magnetische velden van moment tot moment minuscuul is in de omgevingen met een lage dichtheid waar sterren worden gevormd, gezien de tijdschalen van miljoenen jaren die nodig zijn om gas te verzamelen en om te zetten in sterren, kunnen magnetische effecten plausibel zijn. in de loop van de tijd tot iets wezenlijks.

Goodman, O'Neill en hun collega's kijken ernaar uit om erachter te komen.

"Ik heb een geweldige ervaring gehad met dit onderzoek bij CfA en het samenstellen van iets nieuws en spannends met deze 3D magnetische kaart", zegt O'Neill. "Ik hoop dat deze kaart een startpunt is voor het uitbreiden van ons begrip van de superbellen in onze melkweg."

https://www.cfa.harvard.edu/news/cosmic ... first-time