Universets skjulte skjelett: Astronomer avduker tidenes største kosmiske magnetfeltkart

For å omdanne radiosignaler til et magnetkart, utnytter forskerne Faraday-rotasjonseffekten. Denne fysiske effekten oppstår når lineært polariserte radiobølger fra en fjern galakse beveger seg gjennom magnetisert plasma – da vris polarisasjonsplanet deres. Mengden vridning, kalt Faraday-rotasjonsmålet (RM), er proporsjonal med styrken på magnetfeltet og elektrontettheten langs siktelinjen .

Ved å måle denne vridningen for hver eneste polariserte kilde, kan forskerne rekonstruere magnetfeltene som lyset har passert. SPICE-RACS gjorde dette for nesten fire millioner galakser med en median RM-feilmargin på bare 2,2 rad/m², noe som skapte et rutenett med en effektiv oppløsning på omtrent 23 bueminutter .

Hva kartet avslører: Et skjult kosmisk skjelett

Resultatet er et kart som gjør det usynlige synlig. Blant de viktigste funnene er:

• Galaktiske magnetfilamenter: Kartet avslører slående lineære filamentstrukturer i RM-rutenettet over både den nordlige og sørlige galaktiske pol. Disse filamentene strekker seg tvers over polene og ligner strukturer sett i nøytralt hydrogen og interstellar støv, noe som kan tyde på et felles underliggende rammeverk .
• Et «glidelåslignende» mønster langs galakseplanet: Nær det indre av Melkeveien fant teamet et kvasperiodisk, antisymmetrisk RM-mønster rundt galakseplanet. Denne uvanlige strukturen antyder at magnetfeltretningen langs siktelinjen skifter, muligens knyttet til galaksens sentrale bar eller kjerne .
• Magnetisert gass i det tidlige universet: En ledsagerstudie kombinerte SPICE-RACS-data med DESI-kvasarkatalogen for å undersøke magnetisert gass i galaksers haloer ved en rødforskyvning på rundt 1. Dette viser at betydelige magnetfelter allerede eksisterte rundt galakser for milliarder av år siden .
• Et samspillende system: Kartet gir den magnetiske konteksten for interaksjonen mellom Melkeveien og våre nærmeste nabogalakser, de store og små magellanske skyer, og tilbyr en ny måte å studere hvordan magnetfelter på galaktisk skala påvirker kosmiske kollisjoner .

Et kvantesprang fra to tiår med stillstand

For å forstå omfanget av denne nye kartleggingen, må man se på hva som kom før. Ifølge SKAO Chief Scientist, professor Naomi McClure-Griffiths, har feltet vært fastlåst med praktisk talt det samme datasettet i 20 år – et datasett som ikke engang dekket den sørlige himmelhalvkulen . SPICE-RACS representerer en transformasjon målt i størrelsesordener:

• Himmeldekning: Fem ganger større enn alle tidligere slike kart til sammen, med dekning fra den sørlige himmelpol opp til en deklinasjon på ca. +30° .
• Kildetetthet: Omtrent 40 ganger flere kilder enn tidligere RM-kataloger – nesten fire millioner mot rundt 100 000 .
• Datakvalitet: Den bredbåndede observasjonsstrategien løser opp flertydigheter som plaget eldre, smalbåndede kartlegginger, og leverer et langt renere og mer pålitelig RM-rutenett .

Fra POSSUM-samarbeidet til SKA-æraen

SPICE-RACS er et tidlig produkt fra Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism (POSSUM), et stort ASKAP-prosjekt dedikert til å studere kosmisk magnetisme . Mens SPICE-RACS gir en tidlig smakebit, har den formelle POSSUM-kartleggingen som mål å produsere et RM-rutenett over omtrent 30 000 kvadratgrader med opptil én million kilder .

ASKAP-anlegget i Vest-Australia er også det fremtidige hjemmet til Square Kilometre Array sitt lavfrekvensteleskop (SKA-Low). Når SKA starter sine observasjoner senere i dette tiåret, vil kosmisk magnetisme – ett av SKAs fem nøkkelprosjekter – bli studert med en følsomhet og oppløsning som får ASKAP til å se ut som en ren forsmak . Observasjoner ved høyere frekvenser (1–10 GHz) vil spore magnetfelter i skivene og de sentrale områdene av fjerne galakser i enestående detalj .

Hvorfor kosmisk magnetisme er viktig

Magnetfelter er en fundamental kraft i universet, men deres opprinnelse og storskalarolle er fortsatt et stort, uløst problem i astrofysikken. De påvirker hvordan galakser vokser, hvordan materie strømmer gjennom verdensrommet, og hvordan universet har utviklet seg over milliarder av år .

I flere tiår har store spørsmål – som «Når oppsto de første magnetfeltene?» eller «Hvordan former magnetfeltene i det kosmiske nettverket dannelsen av galakser?» – virket nærmest umulige å besvare empirisk . SPICE-RACS gjør dem om til løsbare forskningsspørsmål. Dataene, som er fritt tilgjengelige via CSIROs dataportal, gir verdens forskningsmiljø et helt nytt fundament for å studere det magnetiserte universet .

Med kartleggingen av dette usynlige kosmiske skjelettet, markeres slutten på en 20 år lang tørkeperiode og starten på en æra der det magnetiske universet endelig kommer til syne.