Det hidtil største kosmiske magnetkort er nu frit tilgængeligt: Afslører universets skjulte 'usynlige spind'

Sådan blev det skabt: Faraday-effekten som kosmisk kompas

Hemmeligheden bag kortet ligger i en fysisk effekt opdaget af Michael Faraday i 1845. Når polariseret lys bevæger sig gennem et magnetfelt, roterer lysets polarisationsplan. Dette kaldes Faraday-rotation. I astronomisk sammenhæng fungerer fjerne galakser og kvasarer som gigantiske 'baggrundslamper'. Når deres polariserede radiobølger rejser mod Jorden, bliver de drejet af de magnetfelter og den ioniserede gas (plasma), de møder på deres vej .

Ved at måle præcis hvor meget lysets polarisation er drejet – en størrelse kaldet Faraday-rotationsmålet (RM) – kan astronomerne kortlægge styrken og retningen af de magnetfelter, lyset har passeret igennem . Det svarer til at udlede formen af en skjult undersøisk højderyg ved at studere, hvordan bølgerne på overfladen brydes.

Hvorfor ASKAP er en gamechanger

For at gøre dette i hidtil uset skala brugte holdet CSIRO's Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) – et banebrydende radioteleskop placeret på Inyarrimanha Ilgari Bundara, CSIRO's Murchison Radio-astronomi observatorium i det vestlige Australien .

ASKAP har to afgørende fordele:

• Et ekstremt bredt synsfelt, der gør det muligt at scanne enorme himmelområder hurtigt .
• En bred frekvensbåndbredde (800–1087 MHz) med meget fin kanalopdeling, som er essentiel for præcist at måle Faraday-rotationen .

Holdet genbehandlede data fra teleskopets tredje lavfrekvente himmelgennemgang (RACS-low3), men denne gang fokuserede de specifikt på polarisationsinformationen fra hver eneste galakse. I stedet for blot at se på galaksernes lysstyrke, udvandt de signaler for næsten 4 millioner galakser og beregnede deres rotationsmål – et datasæt, der er 40 gange større end det hidtil bedste .

For at sætte det i perspektiv: den gennemsnitlige tæthed af målinger er omkring 7 kilder pr. kvadratgrad, hvilket giver et magnetisk 'gitter' med en opløsning på ca. 23 bueminutter, og en typisk måleusikkerhed på kun 2,2 rad/m² .

Hvad afslører kortet? Et skjult kosmisk spind

Det nye kort er ikke bare et teknologisk vidunder; det afslører hidtil usete strukturer i universet.

1. Et magnetisk 'usynligt spind'

Kortet viser slående lineære, filament-lignende magnetstrukturer, der strækker sig tværs over både den nordlige og sydlige galaktiske pol. Disse magnetiske tråde ligner strukturer, der ses i kortlægninger af neutral brint og interstellart støv, og antyder et komplekst, sammenhængende magnetisk netværk .

2. Mælkevejens 'lynlås'

I den indre del af Mælkevejen har forskerne opdaget et quasi-periodisk mønster i magnetfeltet, der er antisymmetrisk omkring galaksens plan – nærmest som en lynlås. Dette antyder markante retningsskift i Mælkevejens magnetfelt, muligvis skabt af galaksens centrale 'bar' eller centrum .

3. Spor fra supernovaeksplosioner

En gigantisk ring af forstærket magnetisk signal, kendt som G353-34, er nu klart opløst på kortet. Denne struktur stammer sandsynligvis fra en gammel supernovaeksplosion og har hidtil kun været antydet i mere diffuse observationer .

4. Magnetisme i det intergalaktiske rum

I følgestudier har forskere brugt SPICE-RACS data kombineret med kvasar-data til at opdage magnetiseret gas omkring galakser ved en rødforskydning på z ~ 1 – altså på et tidspunkt hvor universet var cirka halvt så gammelt som nu. Dette er den største undersøgelse af sin slags og giver et direkte indblik i, hvordan magnetfelter påvirker den gas, der strømmer ind og ud af galakser .

En revolution på 20 år

Professor Naomi McClure-Griffiths, chefforsker ved SKAO, opsummerer betydningen klart: I 20 år havde astronomer i bund og grund arbejdet med det samme, ufuldstændige datasæt, som slet ikke dækkede den sydlige himmel .

SPICE-RACS ændrer alt:

• Dækningsområde: Fem gange større end alle tidligere magnetkort tilsammen .
• Datamængde: Cirka 40 gange flere kilder (næsten 4 millioner mod tidligere ca. 100.000) .
• Præcision: Bredbåndsdata, der løser tvetydigheder, som plagede ældre, smallere målinger .

Dette skift er så markant, at det åbner døren for at besvare fundamentale spørgsmål, som tidligere forekom ubesvarlige: "Hvornår opstod de første magnetfelter i universet?" og "Hvordan påvirker magnetfelter i det kosmiske spind galaksedannelsen?" .

Fremtiden: Fra ASKAP til SKA

SPICE-RACS er blot begyndelsen. Kortet er et tidligt produkt fra den store POSSUM-kollaboration (Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism), som bruger ASKAP til systematisk at studere kosmisk magnetisme .

På kort sigt vil ASKAP fortsætte med at producere endnu dybere og mere detaljerede kort. På længere sigt, når Square Kilometre Array (SKA) – verdens største radioteleskop – begynder sine observationer senere i dette årti, vil astronomer kunne kortlægge det kosmiske magnetspind med en hidtil uhørt detaljegrad . SKA's ekstreme følsomhed ved 1–10 GHz vil gøre det muligt at spore magnetfelter i galaksers centrale områder og i galaksehobe med revolutionerende præcision . ASKAP selv, der står i det vestlige Australien, er en direkte forløber for SKA-Low teleskopet, som bygges på samme lokation .

Alle data fra SPICE-RACS er frit tilgængelige via CSIRO's dataplatform, hvilket giver det globale videnskabelige samfund mulighed for at gøre nye opdagelser .

Konklusion: Et nyt vindue til det usynlige univers

SPICE-RACS forvandler et grundlæggende uløst problem – magnetfelters oprindelse og rolle i universets historie – fra noget næsten uangribeligt til et empirisk studieområde. Magnetisme er ikke bare en kuriositet; det påvirker, hvordan galakser vokser, stjerner dannes, og stof bevæger sig gennem rummet. Med dette nye kort er astronomerne ikke længere blinde, men har fået et detaljeret atlas over de usynlige kræfter, der former vores univers .