HVORDAN SPIRALGALAKSER FåR DERES FORM

Send

Spiralgalakser er en ikonisk form. De bruges i produktlogoer og alle mulige andre steder. Vi lever endda i en. Og selvom det kan synes lidt indlysende, hvordan de får deres form ved at dreje, er det ikke tilfældet.

Forskere er stadig forundrede over spiralgalakser, og hvordan de får deres form med elegante arme fulde af stjerner. Astronomer, der arbejder med SOFIA, det stratosfæriske observatorium for infrarød astronomi, studerer, hvilken rolle magnetiske felter spiller ved at observere andre spiralgalakser end vores egen. For nylig observerede SOFIA-forskere M77-galaksen, også kendt som NGC 1068, og præsenterede deres resultater i en ny undersøgelse.

Den nye undersøgelse har titlen “SOFIA / HAWC + sporer magnetfelterne i NGC 1068” og vil blive offentliggjort i Astrophysical Journal. Hovedforfatter er Enrique Lopez-Rodriguez, en videnskabsmand ved Universiteterne i Space Research Association ved SOFIA Science Center ved NASAs Ames Research Center.

”Magnetfelter er usynlige, men de kan have indflydelse på udviklingen af en galakse,” sagde Lopez-Rodriguez i en pressemeddelelse. ”Vi har en ret god forståelse af, hvordan tyngdekraften påvirker galaktiske strukturer, men vi er lige begyndt at lære den rolle, magnetiske felter spiller.”

M77 er en spiral galakse omkring 47 millioner lysår væk. Det er en spærret galakse, selvom søjlen ikke kan ses i synligt lys. Den har en aktiv galaktisk kerne, som heller ikke ses i synligt lys, og det er vært for et supermassivt sort hul (SMBH), der er dobbelt så massiv som Sgr A *, SMBH i midten af Mælkevejen. M77 er større end Mælkevejen: den er omkring 85.000 lysår i radius, og Mælkevejen er omkring 53.000. M77 har omkring 300 milliarder stjerner, mens Mælkevejen har mellem 250 og 400 milliarder.

M 77 er den nærmeste grand-design spiral galakse med både en lys aktiv galaktisk kerne (AGN) og en lysende cirkumukleær starburst.

M 77's spiralarme er fulde af områder med intens stjernedannelse kaldet starbursts. Usynlige magnetfeltlinjer følger spiralarmene tæt, selvom vores øjne ikke kan se dem. Men SOFIA kan, og deres eksistens understøtter en vidtgående teori, der forklarer, hvordan disse arme får deres form. Det kaldes "tæthedsbølgeteori."

Før tæthedsbølgeteorien blev udviklet i midten af 1960'erne, var der problemer med at forklare spiralarme i en galakse. I henhold til det ”viklede problem” forsvandes spiralarme efter kun få bane og kunne ikke skelnes fra resten af galaksen.

Her er en hurtig video, der viser det viklede problem.

Tæthedsbølgeteori siger, at selve armene er adskilt fra stjernerne og gas og støv, der bevæger sig gennem tæthedsbølgerne. Armene er den synlige del af selve densitetsbølgerne, og stjernerne bevæger sig ind og ud af bølgerne. Så armene er ikke permanente strukturer lavet af stjerner, selvom det er sådan, det ser ud.

Her er en kort video, der viser, hvordan tæthedsbølger skaber spiralarme i galakser.

SOFIA-observationer viser, at magnetfeltlinjerne strækker sig hele tværs over armene, en afstand på 24.000 lysår. Ifølge undersøgelsen komprimerer gravitationskræfter, der hjalp med at skabe galakens spiralform, magnetfelterne, som understøtter tæthedsbølgeteorien.

”Dette er første gang, vi har set magnetfelter justeret i så store skalaer med den nuværende stjernefødsel i spiralarmene,” sagde Lopez-Rodriquez. ”Det er altid spændende at have observationsbevis, der understøtter teorier.”

Magnetfeltlinjer i galakser er meget vanskelige at observere, og SOFIAs nyeste instrument gør det muligt. Det kaldes HAWC + eller det højopløste bredbåndskamera-Plus. HAWC + arbejder i den langt infrarøde farve for at observere støvkorn, der er rettet vinkelret på magnetfeltlinjerne i M77. Dette gør det muligt for astronomer at udlede formen og retningen på det underliggende magnetfelt.

Der er en masse potentiel interferens i M 77, ligesom spredt synligt lys og stråling fra partikler med høj energi, men langt infrarød påvirkes ikke af dem. SOFIAs evne til at se i bølgelængden på 89 mikron tillader den at se støvkornene tydeligt. HAWC + er også et billeddannelsespolarimeter, en enhed, der måler og fortolker polariseret elektromagnetisk energi.

Denne undersøgelse omhandler kun en enkelt spiralarmsgalakse, så der er mere arbejde, der skal gøres. Det er uklart, hvordan magnetfeltlinjer kan spille en rolle i strukturen af andre galakser, inklusive uregelmæssigheder. Men det ser ud til, at dette team har udviklet en metode til at studere disse galakser.

Som de siger i konklusionen af deres artikel, ”Resultaterne præsenteret her sammen med vores forudgående undersøgelser af M 82 og NGC 253 (Jones et al. 2019) giver bevis for, at FIR (Far-Infrared) polarimetri kan være et værdifuldt værktøj til studier af magnetfeltstruktur i eksterne galakser, især i områder med høj optisk dybde. ”