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Jan 01, 2024

Wie Magnetfelder das galaktische Wachstum steuern

Das enorme Gerüst unserer Galaxie wird durch komplexe Magnetfelder der Milch geformt

Das enorme Gerüst unserer Galaxie wird durch komplexe Magnetfelder geformt

Die rotierende Scheibe aus Gas und Staub der Milchstraße lässt anmutige Spiralarme entstehen, die die aktivsten Sternentstehungsorte der Galaxie bilden. Jetzt haben Forscher mit einem Flugzeugteleskop hoch in der Erdatmosphäre einen Mechanismus gefunden, wie Magnetfelder die Sternentstehung in den dichten Filamenten oder „Knochen“ beeinflussen, die sich durch diese Arme schlängeln.

Die neue Arbeit beschreibt, wie Magnetfelder im Galaxienmaßstab basierend auf ihrer Ausrichtung und Stärke sowohl Material von einem Bereich in einen anderen leiten als auch verhindern können, dass Staub und Gas, aus denen die dichtesten Regionen bestehen, unter der Schwerkraft kollabieren. Diese Prozesse dämpfen die Sternentstehung; Ohne sie hätten wir einen viel helleren Nachthimmel als heute.

Bodengestützte Teleskopbeobachtungen im Jahr 2015 bestätigten die physikalischen Eigenschaften der Gas- und Staubknochen, die die Arme der Milchstraße auskleideten. Die Forscher wussten jedoch nicht, welche genaue Rolle Magnetfelder bei der Sternentstehungsaktivität in kleineren Maßstäben spielen. „Wir wussten, dass die Knochen existierten, aber damals gab es keine Möglichkeit, die Details ihrer magnetischen Struktur abzubilden“, sagt Simon Coudé, Postdoktorand an der Worcester State University und dem Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. Coudé präsentierte die neuen Erkenntnisse auf der Wintertagung 2023 der American Astronomical Society.

Für diese Arbeit bestimmen die Forscher die feinskalige Richtung dieser Magnetfelder, indem sie messen, wie sich Staubpartikel ausrichten. Insbesondere quantifizieren sie, wie magnetische Eigenschaften dazu beitragen, dass Gas und Staub in den massiven Knochen nicht kollabieren und Sterne entstehen. Mit Daten von Instrumenten, die in den letzten Jahren seiner Tätigkeit an Bord des von der Boeing 747 getragenen Teleskops SOFIA geflogen wurden, „konnten wir die Feldstruktur in Sternentstehungswolken in weiten Teilen der Galaxie beobachten“, sagt Coudé.

Eine Knochenkarte aus diesem Projekt zeigte, dass Magnetfelder in dichten Gebieten aktiver Sternentstehung tendenziell senkrecht zur Knochenlänge verlaufen und anderswo eher parallel. Dies könnte bedeuten, dass die parallelen Felder aus weniger dichten Regionen Material in dichtere Regionen transportieren, wo die Felder trotz des zusätzlichen sternbildenden Materials stark genug sind, um den Gravitationskollaps zu begrenzen, sagen die Forscher. Sie fanden auch Magnetfelder entlang anderer galaktischer Knochen, die stark genug waren, um die Sternentstehung in allen außer den aktivsten Gebieten zu dämpfen.

„Wir wussten, dass ganze Galaxien von Magnetfeldern durchdrungen sind. Jetzt sehen wir die Strukturen dieser Felder in den dichtesten Regionen, wo sie empfindlich auf Sternentstehung reagieren“, sagt Enrique Lopez-Rodriguez, ein extragalaktischer Astronom am Kavli-Institut für Particle Astrophysics & Cosmology an der Stanford University, der nicht an der Studie beteiligt war. Letztendlich, fügt er hinzu, wird dies dazu führen, zu verstehen, wie das Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und großräumigen Magnetfeldern die Sternentstehung auf kleinsten Skalen bestimmt, sowohl in anderen Galaxien als auch in unserer eigenen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich mit dem Titel „Star Magnet“ in Scientific American 328, 4, 20 (April 2023) veröffentlicht.

doi:10.1038/scientificamerican0423-20

Rachel Berkowitz ist freiberuflicher Wissenschaftsjournalist und korrespondierender Redakteur für das Physics Magazine. Sie lebt in Vancouver, British Columbia, und Eastsound, Washington.

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