Tack vare nya sofistikerade tekniker och toppmoderna faciliteter har astronomi gått in i en ny era där himlens djup äntligen kan nås. Ingredienserna i vårt kosmiska hem, Vintergatans galax – stjärnor, gas, magnetfält – kan äntligen kartläggas i 3D.
Utrymmet mellan stjärnorna är smutsigt. Den är fylld med små dammkorn, varav de flesta är lika stora som röken från en cigarett. Kornen är inte sfäriska och som ett resultat tenderar deras långa axel att passa in i alla lokala galaktiska magnetfält. Dessa dammkorn avger också ett polariserat sken i samma frekvenser som den kosmiska mikrovågsbakgrunden – "askan" från Big Bang – och förorenar därmed vår syn på de tidigaste ögonblicken i universums liv.
De absorberar också en del av stjärnljuset som passerar genom dem, ungefär som ett polaroidfilter skulle göra, och präglar information om de magnetiska fälten inom vilka de lever på polariseringen av det framträdande ljuset. Polarisering är en egenskap hos ljusstrålar som indikerar en karakteristisk riktning de har, alltid vinkelrät mot den riktning som ljuset fortplantar sig i rymden.
Magnetiska fält är oerhört viktiga för utvecklingen av vår galax, som reglerar bildandet av nya stjärnor, formar galaktiska strukturer och förvandlar gasflöden till kosmiska acceleratorer som är kraftfullare än CERN.
Polariseringen av stjärnljus är då nyckeln:den innehåller informationen om galaxens allra viktiga magnetfält, och det är "dammduken" som kan hjälpa oss att rensa vår syn på det tidiga universum - om vi bara kunde observera tillräckligt mycket av den, och studera den på djupet, för att extrahera all information den bär.
Detta är precis omfattningen av PASIPHAE-undersökningen, ett internationellt samarbete mellan Institute of Astrophysics of FORTH (IA-FORTH) och University of Crete i Grekland, IUCAA i Indien, South African Astronomical Observatory, California Institute of Technology i USA, och Universitetet i Oslo i Norge. PASIPHAE syftar till att mäta polariseringen av miljontals stjärnor över stora delar av himlen. Och nu kan vi få en första glimt av förmågan hos denna ambitiösa strävan.
Ett team av forskare, ledda av Dr. Vincent Pelgrims (tidigare PASIPHAE postdoktor vid IA-FORTH och nu Marie Curie-stipendiat vid Inter-university Institute for High Energies vid ULB i Belgien) har visat kraften i PASIPHAE data och rekonstruktion teknik med hjälp av observationer tagna med dess prekursorinstrument, RoboPol-polarimetern som har arbetat vid Skinakas Observatory i Grekland under de senaste 10 åren.
Forskarna mätte polariseringen av mer än 1 500 stjärnor på en del av himlen nästan 15 gånger fullmånens yta, kombinerade dem med avstånd som mättes för varje stjärna av ESA:s Gaia-satellit, och en sofistikerad algoritm som de har utvecklat och kartlagt med oöverträffad upplösning magnetfälten i den riktningen mot himlen.
"Det här är första gången som en så stor volym av det galaktiska magnetfältet har rekonstruerats i tre dimensioner med så fin upplösning", säger Dr Pelgrims. "Vi hittade flera dammmoln i denna del av galaxen, och vi kunde för första gången bestämma deras avstånd - ut till tusentals ljusår - såväl som deras polarimetriska egenskaper, vilket avslöjar det magnetiska fältet som genomsyrar dessa moln."
Teamet släpper denna första högupplösta tomografiska karta över det galaktiska magnetfältet över en betydande del av himlen, som de presenterar idag (23 april) i tidskriften Astronomy &Astrophysics .
"Detta representerar en stor prestation mot en tredimensionell kartläggning av Vintergatan och dess magnetfält", säger Prof. Vasiliki Pavlidou från universitetet på Kreta och anslutna fakulteten till IA-FORTH och medförfattare till publikationen. "Strukturen av det galaktiska magnetfältet är för närvarande inte väl begränsad.
"Detta hämmar framsteg inom flera forskningsområden, såsom studiet av de kosmiska strålarna med ultrahög energi. Potentialen hos sådan 3D-kartläggning att leda till genombrott inom alla domäner kopplade till det galaktiska magnetfältet är betydande."
"I vår uppsats har vi bara skrapat på ytan av de möjligheter som ligger framför oss", säger professor Konstantinos Tassis, också vid universitetet på Kreta och anslutna fakulteten till IA-FORTH, medförfattare till publikationen och huvudutredare för PASIPHAE-projektet.
"Föreställ dig en sådan karta - men för större delen av himlen. Denna 3D-atlas över galaxens magnetfält kommer att bli verklighet under de närmaste åren med hjälp av de dedikerade instrumenten WALOPs som kommer att börja kartlägga polariseringen av stjärnor i himlen i år."
Mer information: V. Pelgrims et al, Den första gradskaliga stjärnljus-polarisationsbaserade tomografikartan av det magnetiserade interstellära mediet, Astronomy &Astrophysics (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202349015
Journalinformation: Astronomi och astrofysik
Tillhandahålls av Foundation for Research and Technology - Hellas
