Die Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), Australiens nationale Wissenschaftsbehörde, und das Square Kilometre Array International Observatory (SKAO) haben gemeinsam die bisher detaillierteste und größte Karte des kosmischen Magnetfelds veröffentlicht, die die ursprünglich „unsichtbare“ kosmische Magnetfeldstruktur in beispielloser Detailliertheit darstellt. Die neue Karte mit dem Namen SPICE-RACS deckt fünfmal mehr Fläche ab als alle bisherigen Studien dieser Art zusammen und gilt als wichtiger Meilenstein zum Verständnis der Verteilung und des Transports von Energie im Universum.
Die neuen Ergebnisse basieren auf dem ASKAP-Radioteleskop in Inyarrimanha Ilgari Bundara (ASKAP-Betriebsbasis) in Westaustralien. Diese Einrichtung ist Teil von CSIRO und für das Scannen großer Himmelsbereiche nach Funksignalen im Rahmen der ASKAP Rapid Continuous Survey (RACS) verantwortlich. Bereits im Jahr 2020 führte ASKAP die damals größte und schnellste Funkvermessung durch und legte damit den Grundstein für diese Magnetfeldkartierung.
Nach Angaben des Forschungsteams basiert die SPICE-RACS-Karte auf einem physikalischen Prinzip: Wenn Licht ein Magnetfeld durchquert, wird seine Polarisation umgekehrt. Indem Wissenschaftler den Rotationsgrad von Radiosignalen aus allen Richtungen im Universum während ihrer Ausbreitung messen und ihn mit den von ASKAP aufgezeichneten Daten kombinieren, können sie auf den Ort und die Stärke dieser Magnetfelder schließen. Dr. Alec Thomson, einer der Projektleiter und derzeit auftraggebender Wissenschaftler am SKAO, sagte, dass es Forschern zum ersten Mal gelungen sei, die Struktur des nahen interstellaren Mediums in einem so großen Maßstab detailliert zu analysieren und gleichzeitig eine große Anzahl entfernter Galaxien systematisch zu untersuchen.
Um die Karte zu erstellen, verarbeitete das Team Daten von fast allen Galaxien, die im Rahmen der RACS-Durchmusterung entdeckt wurden. „Wir haben Rotationsmessungen von jeder von RACS entdeckten Galaxie extrahiert, die insgesamt fast vier Millionen Objekte umfasst, und die Rohdaten von ASKAP erneut verarbeitet, um ein vollständigeres Bild des kosmischen Magnetfelds zu erhalten“, sagte Thomson. Seiner Ansicht nach bietet dies eine beispiellose Probengröße für die Erforschung magnetischer Strukturen von der lokalen Umgebung der Milchstraße bis zum fernen Universum.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat seit langem erkannt, dass Magnetfelder eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung der Umwelt auf der Erde und im Weltraum spielen, es war jedoch schwierig, sie direkt zu beobachten. Ohne den Schutz des äußeren Erdmagnetfeldes würde beispielsweise der Fluss energiereicher Teilchen von der Sonne (Sonnenwind) die Bewohnbarkeit der Erde stark beeinträchtigen. Allerdings weiß der Mensch im Vergleich zur Schwerkraft oder elektromagnetischen Strahlung immer noch sehr wenig über den Ursprung und die Entwicklung von Magnetfeldern im kosmischen Maßstab, was hauptsächlich durch Beobachtungsmethoden begrenzt ist.
Professorin Naomi McClure-Griffiths, Chefwissenschaftlerin des SKAO, wies darauf hin, dass sich die astronomische Gemeinschaft in den letzten zwei Jahrzehnten im Wesentlichen auf denselben begrenzten Datensatz zur Untersuchung des kosmischen Magnetfelds verlassen habe und dass diese Daten nicht einmal den gesamten Südhimmel abdecken. „Jetzt können wir endlich einige der ‚großen Fragen‘ zur magnetischen Struktur des Universums mit einem umfassenderen Blick auf den Himmel beantworten“, sagte sie. SPICE-RACS ermöglicht es Wissenschaftlern, die Wechselwirkungen der Milchstraße mit benachbarten Galaxien wie den Magellanschen Wolken auf galaktischer Ebene zu untersuchen und die Rolle von Magnetfeldern zu analysieren.
Noch wichtiger ist, dass die neue Karte voraussichtlich zur Beantwortung der grundlegenden Frage beitragen wird: „Wann ist das kosmische Magnetfeld entstanden?“ McClure-Griffiths sagte, dass Forscher in der Vergangenheit einst geglaubt hätten, solche Probleme seien durch Beobachtungsmethoden fast unmöglich zu lösen, aber jetzt, mit dem Aufkommen hochempfindlicher, groß angelegter Polarisationserhebungen, „trifft diese Ansicht nicht mehr zu.“ Durch die Messung der Magnetfeldeigenschaften von Galaxien zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Entfernungen haben Forscher die Möglichkeit, die Entstehungs- und Entwicklungsbahn des Magnetfelds in der Geschichte des Universums zu rekonstruieren.
Zusammen mit der Datenveröffentlichung wird CSIRO auch relevante Datensätze wissenschaftlichen Forschern auf der ganzen Welt in einem offenen Format zur Verfügung stellen. Tim Galvin, ein an dem Projekt beteiligter CSIRO-Astronom, sagte, dass diese Ressourcen für jedes Team frei zugänglich sein werden, sei es für unabhängige Forschung oder zur Replikation bestehender Ergebnisse. Er betonte, dass offene Daten nicht nur mehr Forschungsteams die Erforschung neuer wissenschaftlicher Probleme erleichtern, sondern auch dazu beitragen, das Kernprinzip der „Reproduzierbarkeit“ in der wissenschaftlichen Forschung zu stärken.
Die Datenportalplattform von CSIRO gilt daher als wichtige wissenschaftliche Forschungsinfrastruktur nicht nur für professionelle Forscher, sondern begrüßt auch die eingehende Erkundung durch die Öffentlichkeit, die neugierig auf astronomische und wissenschaftliche Daten ist. Galvin wies darauf hin, dass derzeit mehrere Forschungsteams an den Daten dieses Projekts arbeiten und weiterhin neue Ergebnisse liefern, was den wissenschaftlichen Wert dieser Ressourcenbibliothek weiter beweist.
Das an dieser Arbeit beteiligte internationale Kooperationsteam heißt Kooperationsgruppe „Cosmic Magnetic Polarization Survey (POSSUM)“ und setzt sich aus multinationalen Forschungseinrichtungen zusammen. Obwohl SPICE-RACS als eine der umfassendsten derzeit verfügbaren Karten des kosmischen Magnetfelds gilt, betont das Team, dass dies nur der Ausgangspunkt für zukünftige Pläne für Beobachtungen in größerem Maßstab und mit höherer Präzision ist. Mit der vollständigen Inbetriebnahme der neuen Generation von Funkanlagen wie dem Square Kilometre Array-Teleskop wird erwartet, dass sich die „Karte“ der Menschheit der verborgenen magnetischen Struktur des Universums weiter erweitert und aktualisiert.
Berichten zufolge wurden die Ergebnisse dieser Forschung von den Publikationen der Astronomical Society of Australia akzeptiert, der Peer-Review-Prozess ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Das Forschungsteam und CSIRO erklärten in einer Pressemitteilung, dass sie die Daten und Methoden in Zukunft weiter verbessern werden und freuen sich darauf, dass die globale wissenschaftliche Forschungsgemeinschaft auf dieser Grundlage weitere Fragen und Erklärungen aufwirft, um das menschliche Verständnis des kosmischen Magnetfelds und seiner Rolle in der Entwicklung des Universums zu vertiefen.