Astronomer från Bonn och Tautenburg i Thüringen (Tyskland) använde radioteleskopet på 100 m vid Effelsberg för att observera flera galaxhopar. Vid kanterna av dessa stora ansamlingar av mörk materia, stjärnsystem (galaxer), varm gas, och laddade partiklar, de hittade magnetiska fält som exceptionellt är ordnade över avstånd på många miljoner ljusår. Detta gör dem till de mest utvidgade magnetfälten i universum kända hittills.

Resultaten publiceras den 22 mars i tidskriften Astronomi &Astrofysik .

Galaxhopar är de största gravitationsbundna strukturerna i universum. Med en typisk omfattning på cirka 10 miljoner ljusår, dvs 100 gånger Vintergatans diameter, de är värd för ett stort antal sådana stjärnsystem, tillsammans med het gas, magnetiska fält, laddade partiklar, inbäddade i stora haloer av mörk materia, vars sammansättning är okänd. Kollision av galaxhopar leder till en chockkomprimering av den heta klustergasen och av magnetfälten. De resulterande bågliknande egenskaperna kallas "reliker" och sticker ut genom sin radio- och röntgenstrålning. Sedan deras upptäckt 1970 med ett radioteleskop nära Cambridge/UK, reliker har hittats i cirka 70 galaxhopar hittills, men det finns sannolikt många fler. De är budbärare av enorma gasflöden som kontinuerligt formar universums struktur.

Radiovågor är utmärkta spårare av reliker. Kompressionen av magnetfält ordnar fältlinjerna, vilket också påverkar de utsända radiovågorna. Mer exakt, emissionen blir linjärt polariserad. Denna effekt upptäcktes i fyra galaxkluster av ett team av forskare vid Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn (MPIfR), Argelander Institute for Radio Astronomy vid universitetet i Bonn (AIfA), Thüringens statsobservatorium i Tautenburg (TLS), och kollegor i Cambridge/USA. De använde MPIfR:s 100-meters radioteleskop nära Bad Münstereifel-Effelsberg i Eifels kullar vid våglängder på 3 cm och 6 cm. Sådana korta våglängder är fördelaktiga eftersom den polariserade emissionen inte minskar när den passerar genom galaxhopen och vår Vintergatan. Fig. 1 visar det mest spektakulära fallet.

Linjärt polariserade reliker hittades i de fyra observerade galaxhoparna, i ett fall för första gången. Magnetfälten har samma styrka som i vår Vintergatan, medan de uppmätta graderna av polarisation på upp till 50 % är exceptionellt höga, indikerar att emissionen har sitt ursprung i ett extremt ordnat magnetfält. "Vi upptäckte de hittills största ordnade magnetfälten i universum, sträcker sig över 5-6 miljoner ljusår", säger Maja Kierdorf från MPIfR Bonn, projektledaren och första författaren till publikationen. Hon skrev också sin masteruppsats vid Bonns universitet i detta ämne. För detta projekt, medförfattare Matthias Hoeft från TLS Tautenburg utvecklade en metod som tillåter att bestämma "Mach-talet", dvs förhållandet mellan den relativa hastigheten mellan de kolliderande gasmolnen och den lokala ljudhastigheten, använda den observerade graden av polarisation. De resulterande Mach-talen på cirka två säger oss att galaxhoparna kolliderar med hastigheter på cirka 2000 km/s, vilket är snabbare än vad som tidigare erhållits från mätningar av röntgenstrålningen.

De nya observationerna av Effelsberg-teleskopet visar att polarisationsplanet för radioemissionen från relikerna vänder med våglängden. Denna "Faraday rotationseffekt", uppkallad efter den engelske fysikern Michael Faraday, indikerar att ordnade magnetfält också finns mellan klustren och, tillsammans med het gas, orsaka rotation av polarisationsplanet. Sådana magnetfält kan vara till och med större än själva klustren.

"Effelsberg-radioteleskopet visade sig återigen vara ett idealiskt instrument för att upptäcka magnetiska fält i universum", understryker medförfattaren Rainer Beck från MPIfR som arbetar med detta ämne i mer än 40 år. "Nu kan vi systematiskt söka efter ordnade magnetfält i galaxhopar med hjälp av polariserade radiovågor."