Verdrilltes Magnetfeld in der Galaxie IC 342

Forscher erhoffen sich Hinweise auf die Entwicklung von Milchstraßensystemen

18. Juni 2015

Magnetfelder existieren überall im Universum. Aber welche Rolle spielen sie bei der Entwicklung kosmischer Objekte? Astronomen am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie haben bei der detaillierten Untersuchung der Galaxie IC 342 mit mehreren Radioteleskopen ein Magnetfeld entdeckt, das sich entlang des Hauptspiralarms aufgewickelt hat. „Unsere Beobachtung kann dabei helfen Antworten zu finden auf die Frage, wie Galaxien entstehen und wie sie sich weiterentwickeln“, sagt Projektleiter Rainer Beck.

Polarisierte Radiostrahlung von IC 342 bei sechs Zentimeter Wellenlänge, aufgenommen mit dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg mit einer Winkelauflösung von drei Bogenminuten. Die Größe des dargestellten Felds beträgt 0,75 x 0,75 Grad; die Größe der Galaxie ist mit 0,5 Grad vergleichbar mit jener des Vollmonds am Himmel. Die schwarzen Linien zeigen die Orientierung des Magnetfelds.

Das Team um den Bonner Max-Planck-Forscher nahm das rund zehn Millionen Lichtjahre entfernte Milchstraßensystem IC 342 ins Visier, das in Richtung des Sternbilds Camelopardalis (Giraffe) am nördlichen Firmament liegt.

Die Astronomen beobachteten mit zwei der größten Radioteleskope weltweit – dem amerikanischen Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) und dem 100-Meter-Radioteleskop in Effelsberg – und verbanden die Resultate beider Instrumente miteinander, um die Magnetfeldstrukturen in dieser Galaxie auf unterschiedlichen Winkelskalen gleichzeitig zu erfassen.

Die in vier verschiedenen Wellenlängenbereichen zwischen 2,8 und 21 Zentimetern gewonnenen Daten weisen auf ein geordnetes Magnetfeld in IC 342 hin, das überwiegend entlang der optischen Spiralarme ausgerichtet ist. Die Entdeckung hilft zu erklären, wie die Spiralarme gebildet wurden und wie Gas nach innen in Richtung des galaktischen Zentrums strömen kann.

In IC 342 zeigte sich eine riesige helix-förmig verdrillte Magnetfeldschleife entlang des Hauptspiralarms. Eine derartige Struktur war nie zuvor in einer Galaxie gefunden worden. Sie ist ausgedehnt und stark genug, um die Bewegung von Gas im Spiralarm des Sternsystems zu beeinflussen.

„Die Bildung von Spiralarmen kann kaum durch Gravitationskräfte allein erfolgen“, sagt Rainer Beck vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Unsere Daten lassen vermuten, dass auch Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Entstehung dieser Strukturen spielen.“

Die neuen Beobachtungen geben außerdem Hinweise auf einen weiteren Baustein bei der Entwicklung einer Galaxie, nämlich deren leuchtkräftigen Zentralbereich, in dem man ein sehr massereiches schwarzes Loch vermutet und in dem viele neue Sterne geboren werden.

Um dort eine hohe Sternentstehungsrate aufrechtzuerhalten, bedarf es eines stetigen Einströmens von Gas aus den Außenbereichen in Richtung Zentrum. „Die Magnetfeldlinien im inneren Bereich von IC 342 verlaufen in Richtung des Galaxienherzens und können eine nach innen gerichtete Gasströmung unterstützen“, sagt Beck.

Klein- und großskalige polarisierte Radiostrahlung von IC 342 bei sechs Zentimeter Wellenlänge mit einer Winkelauflösung von 25 Bogensekunden, zusammengesetzt aus Beobachtungen mit dem VLA (fünf Einzelbilder) und dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg. Das dargestellte Feld hat eine Ausdehnung von 0,27 x 0,27 Grad.

Die Wissenschaftler haben die Magnetfeldstruktur in dieser Galaxie abgeleitet, indem sie die Orientierung oder Polarisation der von ihr abgestrahlten Radiowellen gemessen haben. Diese Orientierung der Radiowellen verläuft senkrecht zu jener des Magnetfelds in der Galaxie.

Die Beobachtungen bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen ermöglichen es zusätzlich, die Drehung der Polarisationsebene dieser Wellen herauszurechnen, die durch ihren Durchgang durch interstellare Materie entlang der Sichtlinie zur Erde erfolgt.

Das Radioteleskop Effelsberg mit seinem großen Gesichtsfeld erfasst die volle Ausdehnung von IC 342. Wenn ihre Strahlung im sichtbaren Licht nicht teilweise von Staubwolken in unserer Milchstraße absorbiert würde, erschiene diese Galaxie am Himmel so ausgedehnt wie der Vollmond.

Zusätzlich bildet das VLA dank seiner hohen Winkelauflösung eine Reihe von feineren Strukturen in der Radiokarte der Galaxie ab. Das endgültige Bild setzt sich zusammen aus fünf Einzelaufnahmen mit je 24 Stunden Beobachtungszeit am VLA sowie 30 Stunden Beobachtungszeit mit dem Radioteleskop Effelsberg.

NJ / HOR

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