Det galaktiska magnetfältet spelar en viktig roll i galaxens utveckling, men dess småskaliga beteende är fortfarande dåligt känt. Det är också okänt om det genomsyrar galaxens halo eller inte. Genom att använda observationer av pulsarer i den globulära globularhopen 47 Tuc, ett internationellt forskarlag ledd av Federico Abbate från Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland som startade detta arbete vid universitetet i Milano Bicocca och INAF-astronomiska observatoriet i Cagliari, kunde undersöka det galaktiska magnetfältet på skalor av några ljusår för första gången. De upptäckte ett oväntat starkt magnetfält i riktning mot klustret. Detta magnetfält pekar vinkelrätt mot den galaktiska skivan och kan förklaras av en interaktion med den galaktiska vinden. Detta är ett magnetiserat utflöde som sträcker sig från den galaktiska skivan in i den omgivande gloria och dess existens har aldrig bevisats tidigare.

Resultaten publiceras i veckans nummer av Natur astronomi .

47 Tucanae, eller 47 Tuc som det brukar kallas, är ett spektakulärt klotformigt kluster synligt med blotta ögat i stjärnbilden "Tucana" på den södra himlen nära det lilla magellanska molnet. Den första pulsaren i detta kluster upptäcktes 1990 med Parkes 64-m radioteleskop i Australien, och snart hittades fler med samma teleskop. För närvarande finns det 25 pulsarer kända i 47 Tuc. Av denna anledning, denna mycket väl studerade klothop blev en av de viktigaste även för pulsarastronomer.

Pulsarer är periodiska källor som gör att astronomer kan mäta det så kallade spridningsmåttet som är en fördröjning av ankomsttiden för de enstaka pulserna vid olika frekvenser. Denna fördröjning är proportionell mot tätheten av fria elektroner längs vägen från pulsaren till jorden. "2001, vi märkte att pulsarerna på bortre sidan av klustret hade ett högre spridningsmått än de på närsidan, vilket antydde närvaron av gas i klustret, säger Paulo Freire från Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) som ledde ett antal forskningsprojekt på 47 Tuc.

Det som gör 47 Tuc ännu mer intressant är att klustret ligger på ett avstånd av cirka 15, 000 ljusår, belägen i ett relativt ostört område i den galaktiska gloria. Halon omger den galaktiska skivan och är värd för mycket få stjärnor och mycket små mängder gas. "Pulsarerna i detta kluster kan ge oss en unik och aldrig tidigare skådad inblick i den storskaliga geometrin hos magnetfältet i den galaktiska halo." säger Federico Abbate, huvudförfattare av tidningen och arbetar nu på MPIfR, som utförde analysen under sin doktorsexamen. vid universitetet i Milano-Bicocca och vid INAF—Cagliari Astronomical Observatory.

Att förstå geometrin och styrkan hos galaktiska magnetfält är viktigt för att kunna rita en komplett bild av galaxen. Magnetfälten kan påverka stjärnbildningen, reglera utbredningen av högenergipartiklar och hjälpa till att fastställa närvaron av ett utflöde av gas i galaktisk skala från skivan till den omgivande halo. Trots deras betydelse, den storskaliga geometrin hos magnetfälten i den galaktiska halo är inte helt känd.

Magnetiska fält är inte observerbara direkt, men forskare använder sig av de effekter de har på plasman med låg densitet som genomsyrar den galaktiska skivan. I denna plasma, elektronerna är separerade från atomkärnorna och de beter sig som små magneter. Elektronerna attraheras av magnetfältet och tvingas att kretsa kring magnetfältslinjerna, emitterande strålning känd som synkrotronstrålning. Förutom att sända ut sin egen strålning, de fria elektronerna lämnar också en märklig signatur på den polariserade strålningen som färdas genom plasman. Det elektromagnetiska fältet hos den polariserade strålningen oscillerar alltid i samma riktning och elektronerna i ett magnetiserat medium kommer att rotera denna riktning olika mycket vid olika frekvenser. Denna effekt kallas för Faraday-rotation och är mätbar endast vid radiofrekvenser.

Observationer av polariserad radioemission fungerar bra för att begränsa magnetfältet i den galaktiska skivan där plasman är tillräckligt tät. I den galaktiska gloria, dock, plasmadensiteten är för låg för att direkt observera effekterna. Av denna anledning, geometrin och styrkan hos magnetfältet i halo är okänd och modeller förutspår att det antingen kan vara parallellt eller vinkelrätt mot skivan. Närvaron av ett magnetiserat utflöde från skivan till halo har föreslagits efter observationer i andra galaxer. Det kan också förklara den diffusa röntgenstrålningen i galaxen.

Senaste observationer av pulsarerna i 47 Tuc, uppträdde också med Parkes radioteleskop i Australien, kunde mäta deras polariserade radioemission och deras Faraday-rotation. Dessa avslöjar närvaron av ett magnetfält i klothopen som är förvånansvärt starkt – så starkt, faktiskt, att den inte kan underhållas av själva klothopen utan kräver en extern källa som ligger i den galaktiska gloria. Riktningen på magnetfältet är kompatibel med den galaktiska vinden, vinkelrätt mot den galaktiska skivan. Samspelet mellan den galaktiska vinden och klustret bildar en chock som förstärker magnetfältet till de observerade värdena.

Detta arbete avslöjar en ny teknik för att studera magnetfältet i den galaktiska halo. Detta kluster är ett perfekt mål för observationer med det innovativa MeerKAT-radioteleskopet i Sydafrika. "Inom en snar framtid, MeerKAT-teleskopet kommer att avsevärt förbättra polarisationsmätningarna och möjligen inte bara bekräfta närvaron av den galaktiska vinden utan också begränsa dess egenskaper, " säger Andrea Possenti från INAF—Cagliari Astronomical Observatory som är involverad i ansträngningarna med klotklusterpulsarer med MeerKAT tillsammans med MPIfR. Dessutom, Detta kraftfulla teleskop i synnerhet med dess vidareutveckling mot Square Kilometer Array (SKA) har förmågan att observera andra klotformiga kluster i halo och bekräfta resultaten.