مجد للعلماء في معهد ماكس بلانك وفريق دولي من علماء الفلك الراديوي للحصول على خريطة جديدة مفصلة بشكل لا يصدق للحقول المغناطيسية لمجرتنا! لقد تجاوزت هذه الخريطة الفريدة التي تغطي السماء أسلافها وتعطينا نظرة ثاقبة على بنية المجال المغناطيسي لمجرة درب التبانة بما يتجاوز أي شيء تم رؤيته حتى الآن. ما الذي يميز هذا؟ إنها تُظهر لنا جودة تُعرف باسم عمق فاراداي - وهو مفهوم يعمل على طول خط رؤية محدد. لإنشاء الخريطة ، تم دمج البيانات من 41000 قياس تم جمعها من تقنية إعادة بناء الصورة الجديدة. يمكننا الآن أن نرى ليس فقط البنية الرئيسية لحقول المجرة ، ولكن أيضًا ميزات أقل وضوحًا مثل الاضطراب في غاز المجرة.
إذن ، ما الذي تعنيه الخريطة الجديدة من هذا النوع بالضبط؟ تمتلك جميع المجرات مجالات مغناطيسية ، لكن مصدرها غامض. اعتبارًا من الآن ، لا يمكننا تخمين حدوثها إلا بسبب عمليات الدينامو ... حيث يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة مغناطيسية. هذا النوع من الخلق طبيعي تمامًا ويحدث هنا على الأرض والشمس وحتى على نطاق أصغر مثل الراديو الذي يعمل بالكرنك اليدوي - أو مصباح فاراداي! من خلال إظهار مكان وجود هياكل المجال المغناطيسي في مجرة درب التبانة ، يمكننا الحصول على فهم أفضل لدينامو المجرة.
الشكل 1: خريطة السماء لتأثير فاراداي الناتج عن المجالات المغناطيسية لدرب التبانة. يشير اللونان الأحمر والأزرق إلى مناطق من السماء حيث يشير المجال المغناطيسي باتجاه المراقب وبعيدًا عنه ، على التوالي. يمتد شريط درب التبانة (مستوى قرص المجرة) أفقيًا في هذا المنظر البانورامي. يقع مركز درب التبانة في منتصف الصورة. يقع القطب السماوي الشمالي في أعلى اليسار والقطب الجنوبي في أسفل اليمين.
على مدار القرن ونصف القرن الماضي ، كنا نعرف عن دوران فاراداي ويستخدمه العلماء لقياس المجالات المغناطيسية الكونية. يحدث هذا الإجراء عندما يمر الضوء المستقطب عبر وسط ممغنط ويدور مستوى الاستقطاب. مقدار الدوران يعتمد على قوة واتجاه المجال المغناطيسي. من خلال مراقبة الدوران يمكننا فهم خصائص المجالات المغناطيسية المتداخلة. يجمع علماء الفلك الراديوي ويفحصون الضوء المستقطب من مصادر الراديو البعيدة التي تمر عبر مجرتنا في طريقها إلينا. يمكن بعد ذلك الحكم على تأثير فاراداي عن طريق قياس استقطاب المصدر عند ترددات مختلفة. ومع ذلك ، يمكن لهذه القياسات أن تخبرنا فقط عن مسار واحد عبر درب التبانة. لرؤية الأشياء ككل ، يحتاج المرء إلى معرفة عدد المصادر المنتشرة فوق السماء المرئية. هذا هو المكان الذي لعبت فيه المجموعة الدولية لعلماء الفلك الراديوي دورًا مهمًا. لقد أثبتوا البيانات من 26 مشروعًا مختلفًا والتي أعطت إجمالي 41300 مصدر دقيق - بمعدل مصدر راديو واحد لكل درجة مربعة من السماء.على الرغم من أن هذا يبدو وكأنه ثروة من المعلومات ، إلا أنها لا تزال غير كافية حقًا. هناك مساحات شاسعة ، خاصة في السماء الجنوبية ، حيث لا يوجد سوى عدد قليل من القياسات. بسبب هذا النقص في البيانات ، يتعين علينا الإقحام بين نقاط البيانات الموجودة وهذا يخلق مشاكلها الخاصة. أولاً ، تختلف الدقة ويجب أن تساعد القياسات الأكثر دقة. أيضًا ، علماء الفلك ليسوا متأكدين تمامًا من مدى موثوقية قياس واحد - عليهم فقط أن يأخذوا أفضل تخميناتهم بناءً على المعلومات التي لديهم. لا تزال هناك مشاكل أخرى. هناك شكوك في القياس بسبب الطبيعة المعقدة للعملية. يمكن أن يزيد الخطأ الصغير بمقدار عشرة أضعاف وقد يؤدي ذلك إلى تلف الخريطة إذا لم يتم تصحيحه. للمساعدة في حل هذه المشاكل ، طور العلماء في MPA خوارزمية جديدة لالتقاط الصور ، سميت 'المرشح الحرج الموسع'. في إنشائه ، يستخدم الفريق الأدوات التي يوفرها النظام الجديد المعروف باسم نظرية مجال المعلومات - وهي أداة قوية تمزج الأساليب المنطقية والإحصائية مع الحقول التطبيقية وتكدسها ضد المعلومات غير الدقيقة. هذا العمل الجديد مثير لأنه يمكن أيضًا تطبيقه على أماكن أخرى للتصوير ومعالجة الإشارات في مجالات علمية بديلة.
الشكل 2: عدم اليقين في خريطة فاراداي. لاحظ أن نطاق القيم أصغر بكثير مما هو عليه في خريطة فاراداي (الشكل 1). في منطقة القطب الجنوبي السماوي ، تكون نسبة عدم اليقين في القياس عالية بشكل خاص بسبب الكثافة المنخفضة لنقاط البيانات.
بالإضافة إلى خريطة عمق فاراداي المفصلة (الشكل 1) ، توفر الخوارزمية خريطة لأوجه عدم اليقين (الشكل 2). خاصة في قرص المجرة وفي المنطقة الأقل ملاحظة جيدًا حول القطب السماوي الجنوبي (الربع الأيمن السفلي) ، تكون حالات عدم اليقين أكبر بشكل ملحوظ '. يقول الفريق. 'للتأكيد بشكل أفضل على الهياكل الموجودة في المجال المغناطيسي للمجرة ، في الشكل 3 (أعلاه) تمت إزالة تأثير قرص المجرة بحيث تكون الميزات الأضعف الموجودة أعلى وتحت القرص المجري أكثر وضوحًا. هذا لا يكشف فقط عن النطاق الأفقي الواضح للقرص الغازي لمجرتنا درب التبانة في منتصف الصورة ، ولكن أيضًا أن اتجاهات المجال المغناطيسي تبدو متقابلة أعلى وأسفل القرص. يحدث تغيير مماثل في الاتجاه أيضًا بين الجانبين الأيسر والأيمن من الصورة ، من جانب واحد من مركز درب التبانة إلى الجانب الآخر. 'والخبر السار هو أن نظرية دينامو المجرة تبدو موضع اهتمام. لقد تنبأت بهياكل متناظرة وتعكسها الخريطة الجديدة. في هذا الإسقاط ، تصطف المجالات المغناطيسية بالتوازي مع مستوى قرص المجرة في شكل حلزوني. هذا الاتجاه معاكس أعلى وأسفل القرص وتنشأ التناظرات الملحوظة في خريطة فاراداي من موقعنا داخل قرص المجرة. هنا نرى هياكل كبيرة وصغيرة مرتبطة بهياكل غاز درب التبانة المضطربة والديناميكية. تحتوي خوارزمية الخريطة الجديدة هذه على خط جانبي رائع أيضًا ... فهي تميز توزيع حجم هذه الهياكل. الأكبر منها هو أكثر تحديدًا من الأصغر ، وهو أمر طبيعي للأنظمة المضطربة. يمكن بعد ذلك تكديس هذا الطيف مقابل نماذج الكمبيوتر للديناميات - مما يسمح باختبار معقد لنماذج دينامو المجرة.
هذه الخريطة الجديدة المذهلة هي أكثر من مجرد وجه جميل آخر في علم الفلك. من خلال توفير معلومات عن الحقول المغناطيسية خارج المجرة ، نتيح لمشاريع التلسكوب الراديوي مثل LOFAR و eVLA و ASKAP و Meerkat و SKA الارتقاء إلى آفاق جديدة. مع هذا سيأتي المزيد من التحديثات على Faraday Sky ويكشف عن لغز أصل الحقول المغناطيسية للمجرة.
مصدر القصة الأصلي: بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية . لمزيد من القراءة: خريطة محسنة لسماء فاراداي المجرية '. قم بتنزيل الخريطة هنا .