For nylig kiggede vi på en meget usædvanlig type kort - Faraday Sky. Som alle galakser har vores en magnetisk "personlighed", men lige hvor disse felter kommer fra, og hvordan de oprettes, er et ægte mysterium. Forskere har altid simpelthen antaget, at de blev skabt af mekaniske processer som dem, der forekommer i Jordens indre og Solen. Nu vil en ny undersøgelse give forskerne en endnu bedre forståelse af strukturen af galaktiske magnetfelter set gennem vores galakse.
Holdet, ledet af Max Planck Institute for Astrophysics (MPA), indsamlede deres oplysninger og kompilerede det med teoretiske simuleringer for at skabe endnu et detaljeret kort over den magnetiske himmel. Som NRLs Dr. Tracy Clarke, et medlem af forskerteamet forklarer, ”Nøglen til at anvende disse nye teknikker er, at dette projekt samler over 30 forskere med 26 forskellige projekter og mere end 41.000 målinger over himlen. Den resulterende database svarer til at skjule hele himlen med kilder adskilt med en vinkelafstand på to fulde måner. ” Denne enorme mængde data giver et nyt ”himmel” -udseende, som gør det muligt for forskere at måle den magnetiske struktur på Mælkevejen i detaljer.
Hvad er der så ”nyt” ved dette kort? Denne gang ser vi på en mængde kaldet Faraday dybde - en idé, der er afhængig af en synslinieinformation angivet på magnetfelterne. Det blev oprettet ved at kombinere mere end 41.000 entallige målinger, som derefter blev kombineret ved hjælp af en ny billedrekonstruktionsmetode. I dette tilfælde er alle forskere ved MPA specialister i den nye disciplin inden for informationsfeltteori. Dr. Tracy Clarke, der arbejder i NRL's Remote Sensing Division, er en del af teamet af internationale radioastronomer, der leverede radioobservationer til databasen. Det er magnetisme i storslået skala ... og formidler endda det mindste af magnetiske træk, som vil gøre det muligt for forskere at yderligere forstå arten af galaktisk gasturbulens.
Begrebet Faraday-effekten er ikke nyt. Forskere har observeret og målet disse felter i det sidste halve århundrede. Hvordan gøres det? Når polariseret lys passerer gennem et magnetiseret medium, vipper polarisationsplanet ... en proces, der kaldes Faraday-rotation. Rotationsmængden viser feltets retning og styrke og dermed dens egenskaber. Polariseret lys genereres også fra radiokilder. Ved at bruge forskellige frekvenser kan Faraday-rotationen også måles på denne alternative måde. Ved at kombinere alle disse unikke målinger kan forskere skaffe information om en enkelt sti gennem Mælkevejen. For yderligere at forbedre det "store billede" skal der indsamles information fra forskellige kilder - et behov fyldt med 26 forskellige observationsprojekter, der i alt har 41.330 individuelle målinger. For at give dig en anelse af størrelsen, der ender med at være omkring en radiokilde pr. Kvadratgrad himmel!
Selv med dybde som denne er der stadig områder på den sydlige himmel, hvor kun få målinger er blevet katalogiseret. For at udfylde hullerne og give et mere realistisk syn, er forskere "nødt til at interpolere mellem de eksisterende datapunkter, som de har registreret." Imidlertid forårsager denne type data nogle problemer med nøjagtighed. Mens du måske tror, at de mere nøjagtige målinger ville have den største indflydelse på kortet, er videnskabsmændene ikke helt sikre på, hvor pålidelig en enkelt måling kunne være - især når de kunne blive påvirket af miljøet omkring dem. I dette tilfælde rangerer de mest nøjagtige målinger ikke altid det højeste i kortlægningspunkter. Ligesom Heisenberg er der en usikkerhed forbundet med processen med at få målinger, fordi processen er så kompliceret. Bare en lille fejl kan føre til en enorm forvrængning i kortets indhold.
Takket være en algoritme udformet af MPA er forskere i stand til at møde disse typer vanskeligheder med selvtillid, når de sætter billederne sammen. Algoritmen, kaldet ”det udvidede kritiske filter”, bruger værktøjer fra nye discipliner kendt som informationsfeltteori - en logisk og statistisk metode anvendt på felter. Indtil videre har det vist sig at være en effektiv metode til at aflukke fejl og har endda vist sig at være et aktiv for andre videnskabelige områder såsom medicin eller geografi til en række billed- og signalbehandlingsapplikationer.
Selvom dette nye kort er en stor assistent til at studere vores egen galakse, vil det hjælpe med at bane vejen for forskere, der også studerer ekstragalaktiske magnetfelter. Da fremtiden giver nye typer radioteleskoper som LOFAR, eVLA, ASKAP, MeerKAT og SKA, vil kortet være en vigtig kilde til måling af Faraday-effekten - så forskere kan opdatere billedet og forbedre vores forståelse af oprindelsen af galaktiske magnetfelter.
Original historiekilde: Naval Research Laboratory News.
