Med hjälp av en gigantisk kosmisk lins, astronomer har mätt magnetfältet i en galax nästan fem miljarder ljusår bort. Prestationen ger dem viktiga nya ledtrådar om ett problem vid kosmologins gränser - naturen och ursprunget för de magnetfält som spelar en viktig roll i hur galaxer utvecklas över tid.

Forskarna använde National Science Foundation Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) för att studera en stjärnbildande galax som ligger direkt mellan en mer avlägsen kvasar och jorden. Galaxens tyngdkraft fungerar som en gigantisk lins, dela kvasarens bild i två separata bilder sett från jorden. Viktigt, radiovågorna som kommer från denna kvasar, nästan 8 miljarder ljusår bort, är företrädesvis inriktade, eller polariserad.

"Polarisationen av vågorna som kommer från bakgrundskvasaren, kombinerat med det faktum att vågorna som producerar de två linsbilderna färdades genom olika delar av den mellanliggande galaxen, tillät oss att lära oss några viktiga fakta om galaxens magnetfält, "sa Sui Ann Mao, Minerva Research Group Leader för Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland.

Magnetfält påverkar radiovågor som färdas genom dem. Analys av VLA-bilderna visade en signifikant skillnad mellan de två gravitationslinserade bilderna i hur vågornas polarisering ändrades. Det betyder, sa forskarna, att de olika regionerna i den mellanliggande galaxen påverkade vågorna olika.

"Skillnaden säger oss att denna galax har en storskalig, koherent magnetfält, liknande dem vi ser i närliggande galaxer i dagens universum, "Sa Mao. Likheten ligger både i fältets styrka och i dess uppläggning, med magnetfältlinjer vridna i spiraler runt galaxens rotationsaxel.

Eftersom denna galax ses som för nästan fem miljarder år sedan, när universum var ungefär två tredjedelar av sin nuvarande ålder, denna upptäckt ger en viktig ledtråd om hur galaktiska magnetiska fält bildas och utvecklas över tiden.

"Resultaten av vår studie stöder tanken att galaxmagnetfält genereras av en roterande dynamoeffekt, liknande processen som producerar solens magnetfält, "Sa Mao." Men det finns andra processer som kan producera magnetfält. För att avgöra vilken process som fungerar vi måste gå ännu längre tillbaka i tiden - till mer avlägsna galaxer - och göra liknande mätningar av deras magnetfält, " tillade hon.

"Denna mätning gav de strängaste testerna hittills av hur dynamos fungerar i galaxer, "sa Ellen Zweibel från University of Wisconsin-Madison.

Magnetfält spelar en avgörande roll i fysiken för den svaga gasen som genomsyrar utrymmet mellan stjärnor i en galax. Att förstå hur dessa fält uppstår och utvecklas över tid kan ge astronomer viktiga ledtrådar om själva galaxernas utveckling.