Astronomen erstellen eine neue Mikrowellenkarte der Milchstraße und darüber hinaus

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, das Magnetfeld unserer Galaxie, der Milchstraße, mit Teleskopen zu kartieren, die den Himmel im Mikrowellenbereich beobachten. Die neue Studie ist veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Das Team nutzte die Zusammenarbeit QUIJOTE (QUI JOint TEnerife), die sich am Teide-Observatorium auf Teneriffa auf den Kanarischen Inseln befindet. Dazu gehören zwei Teleskope mit 2,5 m Durchmesser, die den Himmel im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums beobachten.

Unter der Leitung des Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) begann die Kartierung im Jahr 2012. Fast ein Jahrzehnt später hat die Collaboration eine Serie von 6 vorgestellt wissenschaftliche Abhandlungen, was die bisher genaueste Beschreibung der Polarisation der Milchstraßenemission bei Mikrowellenwellenlängen liefert. Polarisation ist eine Eigenschaft von Transversalwellen wie z Lichtwellen die die Richtung der Schwingungen der Wellen angibt und das Vorhandensein eines magnetischen Feldes anzeigt.

Die Studien ergänzen frühere Weltraummissionen, die der Untersuchung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) gewidmet waren, der Hintergrundstrahlung, die der Urknall hinterlassen hat und die detaillierte Einblicke in die frühe Geschichte des Kosmos geliefert hat.

Neben der Kartierung der magnetischen Struktur der Milchstraße haben sich QUIJOTE-Daten auch in anderen Szenarien als nützlich erwiesen. Die neuen Daten sind auch ein einzigartiges Werkzeug zur Untersuchung anomaler Mikrowellenemission (AME), einer Art von Emission, die erstmals vor 25 Jahren entdeckt wurde. Es wird angenommen, dass AME durch die Rotation sehr kleiner Staubpartikel im interstellaren Medium erzeugt wird, die dazu neigen, durch das Vorhandensein des galaktischen Magnetfelds ausgerichtet zu werden.

Die neuen Ergebnisse ermöglichten dem Team, einen Einblick in die Struktur des Magnetfelds der Milchstraße zu gewinnen und halfen, die energetischen Prozesse zu verstehen, die nahe der Geburt des Universums stattfanden. Um Signale aus dieser Ära zu messen, müssen Wissenschaftler zunächst den Emissionsdunst entfernen, der mit unserer eigenen Galaxie verbunden ist. Die neuen Karten von QUIJOTE tun genau das und ermöglichen es uns, diese schwer fassbaren Signale des Universums insgesamt besser zu verstehen.

Die QUIJOTE-Karten ermöglichten auch die Untersuchung einer übermäßigen Mikrowellenemission, die kürzlich im Zentrum unserer Galaxis entdeckt wurde. Der Ursprung dieser Emission ist derzeit unbekannt, könnte aber mit den Zerfallsprozessen von Teilchen der Dunklen Materie in Verbindung gebracht werden. Mit QUIJOTE bestätigte das Team die Existenz dieser überschüssigen Strahlung und fand Hinweise darauf, dass sie polarisiert sein könnte.

Schließlich haben die neuen QUIJOTE-Karten die systematische Untersuchung von mehr als 700 Radio- und Mikrowellen-Emissionsquellen galaktischen und extragalaktischen Ursprungs ermöglicht, was bedeutet, dass die Daten Wissenschaftlern helfen, die Signale zu entschlüsseln, die von „jenseits unserer Galaxie“ kommen, einschließlich der kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung.

„Diese neuen Karten liefern eine detaillierte Beschreibung in einem neuen Frequenzbereich von 10 bis 40 GHz, zusätzlich zu denen von Weltraummissionen wie Planck und WMAP“, kommentiert José Alberto Rubiño, leitender Wissenschaftler der QUIJOTE-Kollaboration. „Wir haben die Synchrotron-Emission unserer Galaxie mit beispielloser Präzision charakterisiert. Diese Strahlung ist das Ergebnis der Emission geladener Teilchen, die sich im galaktischen Magnetfeld mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese Karten, das Ergebnis von fast 9.000 Beobachtungsstunden, sind a einzigartiges Werkzeug zum Studium des Magnetismus im Universum.”

„Eines der interessantesten Ergebnisse, die wir gefunden haben, ist, dass die polarisierte Synchrotronemission unserer Galaxie viel variabler ist als bisher angenommen“, kommentiert Elena de la Hoz, Forscherin am Instituto de Física de Cantabria (IFCA). „Die Ergebnisse, die wir erhalten haben, sind eine Referenz, um zukünftigen Experimenten dabei zu helfen, das CMB-Signal zuverlässig zu erkennen“, fügt sie hinzu.

„Wissenschaftliche Beweise deuten darauf hin, dass das Universum einen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall eine Phase der schnellen Expansion durchlief, die als Inflation bezeichnet wird. Wenn dies richtig ist, würden wir erwarten, beobachtbare Konsequenzen zu finden, wenn wir die Polarisation der mikrokosmischen Welle untersuchen Es ist schwierig, diese erwarteten Merkmale zu messen, weil sie eine kleine Amplitude haben, aber auch, weil sie weniger hell sind als die polarisierte Emission unserer eigenen Galaxie. Rubiño merkt an: „Wenn wir sie jedoch endlich messen, werden wir indirekte Informationen haben über die physikalischen Bedingungen in den sehr frühen Stadien unseres Universums, als die Energieskalen viel höher waren als diejenigen, auf die wir von der Erde aus zugreifen oder die wir studieren können. Dies hat enorme Auswirkungen auf unser Verständnis der Grundlagenphysik.”

„Die QUIJOTE-Karten haben auch die Untersuchung der Mikrowellenemission aus dem Zentrum unserer Galaxis ermöglicht Mikrowelle In dieser Region wurde eine Emission nachgewiesen, deren Ursprung unbekannt ist, deren Ursprung aber mit den Zerfallsprozessen von Dunkle-Materie-Partikeln in Verbindung gebracht werden könnte. Mit QUIJOTE haben wir die Existenz dieser überschüssigen Strahlung bestätigt und Hinweise darauf gefunden, dass sie polarisiert sein könnte”, kommentiert Federica Guidi, Forscherin am Institut d’Astrophysique de Paris (IAP, Frankreich).

Die Arbeit erscheint in „QUIJOTE scientific results—IV. A study of the Northern Sky in Intensity and Polarisation at 10-20 GHz with the Multi-Frequency Instrument“, Rubiño-Martin et al., veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.