Eine Spiralgalaxie mit riesigem Magnetfeld
Neue kosmische Magnetfeldstrukturen in der Galaxie NGC 4217 entdeckt
Superblasen, Riesenschleifen und X-förmige Magnetfeldstrukturen – diese Galaxie hat einen wahren Formenreichtum zu bieten. Wie solche Strukturen zustande kommen, ist ein Rätsel. Hinweise liefert eine neue Studie im Rahmen des CHANG-ES Projekts („Continuum HAlos in Nearby Galaxies -- an EVLA Survey”) unter der Leitung von Yelena Stein, an der mit Rainer Beck auch ein Wissenschaftler des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) beteiligt ist. Für ein umfassendes Bild der Magnetfeldstrukturen kombinierten die Forscherinnen und Forscher unterschiedliche Methoden, mit denen sie die geordneten und die chaotischen Magnetfelder der Galaxie sowohl entlang der Sichtlinie als auch senkrecht dazu sichtbar machen konnten.
Die Ergebnisse werden in der aktuellen Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.
Die Spiralgalaxie NGC 4217 besitzt ein riesiges Magnetfeld, das hier in Form von grünen Linien gezeigt ist. Die Radiodaten für diese Visualisierung wurden mit dem Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) aufgenommen. Das optische Hintergrundbild der von der Seite gezeigten Galaxie entstammt Daten des Sloan Digital Sky Survey und des Kitt Peak National Observatory.
Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße können weit ausgedehnte Magnetfelder besitzen. Zu ihrer Entstehung gibt es verschiedene Theorien, bislang ist sie aber nicht genau verstanden. Ein internationales Forscherteam hat nun das Magnetfeld der milchstraßenähnlichen Galaxie NGC 4217 detailliert auf der Basis radioastronomischer Beobachtungen analysiert und zuvor nicht bekannte Magnetfeldstrukturen entdeckt. Die Daten weisen darauf hin, dass Sternentstehung und Sternexplosionen, sogenannte Supernovae, verantwortlich für die sichtbaren Strukturen sind.
Die untersuchten Daten stammen aus dem Projekt „Continuum Halos in Nearby Galaxies – an EVLA Survey“ (CHANG-ES), in dem 35 Galaxien radioastronomisch vermessen wurden. „Die Galaxie NGC 4217 ist für uns besonders interessant“, erklärt Yelena Stein, die die Arbeiten am Lehrstuhl für Astronomie der Ruhr-Universität Bochum unter der Leitung von Prof. Dr. Ralf-Jürgen Dettmar begann und mittlerweile am Centre de Données astronomiques de Strasbourg tätig ist. NGC 4217 ähnelt der Milchstraße und liegt nur etwa 67 Millionen Lichtjahre entfernt, also relativ nah, im Sternbild Großer Bär. Die Forscherinnen und Forscher hoffen daher, einige ihrer Erkenntnisse auch auf unsere Heimatgalaxie übertragen zu können.
Magnetfelder und Orte der Sternentstehung
Bei der Auswertung der Daten von NGC 4217 fanden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gleich mehrere bemerkenswerte Strukturen. Die Galaxie weist eine auch schon bei anderen Galaxien beobachtete X-förmige Magnetfeldstruktur auf, die sich von der Galaxienscheibe über 20.000 Lichtjahre weit nach außen erstreckt.
Neben der X-Form fand das Team eine Helix-Struktur sowie zwei große Blasenstrukturen, auch Superbubbles genannt. Letztere gehen von Orten aus, an denen viele massereiche Sterne als Supernovae explodieren, aber auch Sterne gebildet werden, die dabei Sternwinde aussenden. Daher vermuten die Wissenschaftler einen Zusammenhang zwischen den Phänomenen.
„Es ist faszinierend, dass wir mit Radio-Polarisationsmessungen bei jeder Galaxie unerwartete Phänomene entdecken”, bemerkt Rainer Beck vom MPIfR in Bonn, ein Ko-Autor der Studie. „Hier bei NGC 4217 sind es riesige magnetische Gasblasen und ein Helix-Magnetfeld, das sich in den Halo der Galaxie schraubt."
Außerdem offenbarte die Analyse große Ring-Strukturen in den Magnetfeldern entlang der ganzen Galaxie. „Das wurde so zuvor noch nie beobachtet“, sagt Yelena Stein. „Wir vermuten, dass die Strukturen durch die Sternentstehung zustande kommen, weil an diesen Stellen Materie nach außen geschleudert wird.“
Bild zeigt Magnetfeldstrukturen
Für die Analyse kombinierten die Forscherinnen und Forscher unterschiedliche Methoden, mit denen sie die geordneten und die chaotischen Magnetfelder der Galaxie sowohl entlang der Sichtlinie als auch senkrecht dazu sichtbar machen konnten. So ergab sich ein umfassendes Bild der Strukturen.
Um diese zu verdeutlichen, brachte Yelena Stein die radioastronomisch ausgewerteten Daten mit einem Bild von NGC 4217 zusammen, das im Bereich des sichtbaren Lichts aufgenommen worden war. „Es war mir wichtig, die Daten anschaulich zu machen“, erzählt Stein. „Denn wenn man über Galaxien nachdenkt, kommen einem nicht als erstes Magnetfelder in den Sinn, obwohl sie gigantisch groß sein können und einzigartige Strukturen annehmen. Das Bild soll die Magnetfelder mehr in den Fokus rücken.“
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Hintergrundinformation
CHANG-ES: „Continuum Halos in Nearby Galaxies, an EVLA Survey” ist ein Projekt, in dem ein weltweites Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mit Radiobeobachtungen das Vorkommen und den Ursprung von Halos in Galaxien untersucht.
Bildzusammensetzung: Bildkomposition von Yelena Stein vom Centre de Données astronomiques de Strasbourg (CDS) mit Unterstützung von Jayanne English (University of Manitoba). VLA-Radio-Daten von Yelena Stein und Ralf-Jürgen Dettmar (Ruhr-Universität Bochum). Die Beobachtungen waren Teil des Projekts CHANG-ES unter Leitung von Judith Irwin (Queen’s University, Canada). Die optischen Daten stammen vom Sloan Digital Sky Survey, die Daten vom ionisierten Wasserstoff (rot) vom 0,9 Meter-Teleskop des Kitt Peak National Observatory, aufgenommen von Richard J. Rand von der University of New Mexico. Der Software-Code für das Tracing der Magnetfeldlinien wurde vom Linear Integral Convolution code adaptiert – zur Verfügung gestellt von Arpad Miskolczi, Ruhr-Universität.
Förderung: Die Arbeiten wurden gefördert von der Hans-Böckler-Stiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG-Forschungsgruppe 1254). Es gingen Daten vom Sloan Digital Sky Survey III ein – finanziert von der Alfred P. Sloan Foundation sowie den teilnehmenden Einrichtungen, der National Science Foundation (NSF) und dem Office of Science des U.S. Department of Energy (DOE) – und vom Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) – finanziert von der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) ist eine Einrichtung der NSF, betrieben unter einem Kooperationsvertrag der Associated Universities, Inc.
Die Wissenschaftler von der Ruhr-Universität Bochum, dem Centre de Données astronomiques de Strasbourg und vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn berichten zusammen mit US-amerikanischen und kanadischen Kollegen online am 21. Juli 2020 in der Zeitschrift „Astronomy and Astrophysics“. Zum Forscherteam gehören Yelena Stein, Ralf-Jürgen Dettmar, Rainer Beck, Judith Irwin, Theresa Wiegert, Arpad Miskolczi, Q. Daniel Wang, Jayanne English, Richard Henriksen, Michael Radica und Jiangtao Li. Rainer Beck ist Mitarbeiter des MPIfR.