Atidengtas novatoriškas 3D kosminio superburbulo magnetinio lauko žemėlapis


Vietinio burbulo magnetinio lauko diagrama

Astronomai nubrėžė vietinio burbulo magnetinį lauką naudodami Plancko ir Gaia gautus duomenis. Čia trumpos rožinės ir violetinės vektorinės linijos burbulo paviršiuje rodo aptikto magnetinio lauko orientaciją. Burbulas yra Paukščių Tako galaktikoje. Kreditas: Theo O’Neill / Pasaulinis teleskopas

Kosminio superburbulo magnetinis laukas pirmą kartą užfiksuotas 3D formatu

Pirmąjį tokio tipo žemėlapį, kuris galėtų padėti atsakyti į dešimtmečių senumo klausimus apie žvaigždžių kilmę ir magnetinių laukų įtaką kosmose, astronomai pristatė. Astrofizikos centras | Harvardas ir Smithsonianas ([{” attribute=””>CfA).

The map reveals the likely magnetic field structure of the Local Bubble — a giant, 1,000-supernova deaths of massive stars blow up these bubbles, and in the process, concentrate gas and dust — the fuel for making new stars — on the bubbles’ outer surfaces. These thick surfaces accordingly serve as rich sites for subsequent star and planet formation.

Scientists’ overall understanding of superbubbles, however, remains incomplete. With the new 3D magnetic field map, researchers now have novel information that could better explain the evolution of superbubbles, their effects on star formation and on galaxies writ large.


Mokslininkai pristatė pirmąjį tokio pobūdžio magnetinio lauko žemėlapį erdvėje. Tiksliau, komanda nubrėžė mūsų vietinio burbulo magnetinį lauką 3D formatu. Naujoji įmagnetintų struktūrų 3D atsekimo strategija padės išspręsti pagrindinius klausimus apie magnetinių laukų įtaką kosmose. Autoriai: T. O’Neill, A. Goodman, J. Soler, J. Han ir C. Zucker

„Šio 3D vietinio burbulo žemėlapio sudarymas padės mums naujais būdais ištirti superburbulus“, – sako Theo O’Neillas, kuris vadovavo žemėlapių kūrimo pastangoms per 10 savaičių NSF remiamą vasaros tyrimų patirtį CfA, dar būdamas bakalauro studijas. prie Virdžinijos universitetas (UVA).

„Kosmose pilna šių superburbulų, kurie skatina naujų žvaigždžių ir planetų formavimąsi ir daro įtaką bendrai galaktikų formai“, – tęsia O’Neillas, 2022 m. gruodžio mėn. baigęs UVA astronomijos-fizikos ir statistikos laipsnį. „Sužinoję daugiau apie tikslią vietinio burbulo, kuriame šiandien gyvena Saulė, mechaniką, galime daugiau sužinoti apie superburbulų evoliuciją ir dinamiką apskritai.

Kartu su kolegomis O’Neillas pristatė išvadas 241-ajame Amerikos astronomų draugijos metiniame susirinkime, trečiadienį, sausio 11 d., Sietle, Vašingtone. 3D interaktyvios figūros ir išankstinis tyrimo spausdinimas šiuo metu yra prieinamas Authorea. Tyrimas buvo atliktas CfA, vadovaujant Harvardo profesorei ir CfA astronomei Alyssa Goodman, bendradarbiaujant su Catherine Zucker, Harvardo mokslų daktaro astronomijos absolvente, Jesse Hanu, Harvardo doktorantu ir Juanu Soleriu, magnetinio lauko ekspertu Romoje.

„Pagrindinės fizikos požiūriu mes jau seniai žinojome, kad magnetiniai laukai turi vaidinti svarbų vaidmenį daugelyje astrofizinių reiškinių“, – sako Goodman, prieš trisdešimt metų parašiusi savo daktaro disertaciją apie kosminių magnetinių laukų svarbą. „Tačiau tirti šiuos magnetinius laukus buvo labai sunku. Sunkumai nuolat atitolina mane nuo magnetinio lauko darbo, bet tada nauji stebėjimo įrankiai, skaičiavimo metodai ir entuziastingi kolegos vėl vilioja. Šiandieniniai kompiuteriniai modeliavimai ir viso dangaus tyrimai pagaliau gali būti pakankamai geri, kad pradėtume iš tikrųjų įtraukti magnetinius laukus į mūsų platųjį planą. vaizdas, kaip veikia visata, nuo mažyčių dulkių grūdelių judėjimo iki galaktikų spiečių dinamikos.

Vietinis burbulas tapo karšta tema astrofizikoje, nes yra superburbulas, kuriame dabar atsidūrė Saulė ir mūsų Saulės sistema. 2020 m. vietinio burbulo 3D geometriją iš pradžių parengė Graikijoje ir Prancūzijoje dirbantys mokslininkai. Tada 2021 m. Zuckeris, dabar iš Kosminio teleskopo mokslo institutasGoodmanas, João Alvesas iš Vienos universiteto ir jų komanda parodė, kad Vietos burbulo paviršius yra visų netoliese esančių jaunų žvaigždžių šaltinis.

Šie tyrimai kartu su naujuoju 3D magnetinio lauko žemėlapiu iš dalies rėmėsi duomenimis iš GaiaEuropos kosmoso agentūros paleista kosminė observatorija (ESA). Matuojant žvaigždžių padėtis ir judesius, Gaia taip pat buvo naudojama nustatant kosminių dulkių vietą, nubrėžiant jų vietines koncentracijas ir parodant apytiksles Vietinio burbulo ribas.

Šiuos duomenis O’Neillas ir kolegos sujungė su duomenimis iš Plankas, kitas ESA vadovaujamas kosminis teleskopas. Planckas, kuris 2009–2013 m. atliko viso dangaus tyrimą, pirmiausia buvo skirtas stebėti[{” attribute=””>Big Bang’s relic light. In the process, the spacecraft compiled measurements of microwave wavelength light from all over the sky. The researchers used a portion of Planck observations that trace emission from dust within the

O’Neill subsequently carried out the complicated geometrical analysis needed to create the 3D magnetic field map during the summer CfA internship.

Goodman likens the research team to pioneering mapmakers who created some of the first maps of Earth.

“We’ve made some big assumptions to create this first 3D map of a magnetic field; it’s by no means a perfect picture,” she says. “As technology and our physical understanding improve, we will be able to improve the

The research team further compared the resulting map to features along the Local Bubble’s surface. Examples included the Per-Tau Shell, a giant spherical region of star formation, and the Orion molecular cloud complex, another prominent stellar nursery. Future studies will examine the associations between magnetic fields and these and other surface features.

“With this map, we can really start to probe the influences of magnetic fields on star formation in superbubbles,” says Goodman. “And for that matter, get a better grasp on how these fields influence numerous other cosmic phenomena.”

Because magnetic fields only affect the movement and orientation of charged particles in astrophysical environments, Goodman says there has been a tendency to set aside the fields’ influence when building simulations and theories where gravity — which acts on all matter — is the primary force at play. Further discouraging its inclusion, magnetism can be a fiendishly complex force to model.

This omission of magnetic fields’ influence, while understandable, often leaves out a key factor controlling motions of gas in the universe. These motions include gas flowing onto stars as they form, and flowing away from stars in powerful jets emanating from them as they gather matter into a planet-forming disk. Even if the effect of magnetic fields is minuscule from moment to moment in the low-density environments where stars form, given the millions-of-year timescales it takes to gather gas and turn it into stars, magnetic effects can plausibly add up to something substantial over time.

Goodman, O’Neill, and their colleagues look forward to finding out.

“I’ve had a great experience doing this research at CfA and assembling something new and exciting with this 3D magnetic map,” says O’Neill. “I hope this map is a starting point for expanding our understanding of the superbubbles throughout our galaxy.”

Support for this work was provided by the National Science Foundation, NASA, and the Gordon and Betty Moore Foundation.

About the 3D Milky Way Project

This research is part of an ongoing collaboration amongst several open-source software projects working together to create a 3D map of the Milky Way galaxy. The software packages, including glue, OpenSpace, and AAS WorldWide Telescope, are interconnected via API-like interfaces, and they access a wide variety of open data sets, including those from Planck and Gaia. Learn more about the 3D Milky Way project, which includes a collaboration with staff at the Hayden Planetarium at the American Museum of Natural History, where some results will be showcased, at MilkyWay3D.org. The 3D interactive figures in the Authorea preprint sharing this work are made possible via additional free software, including plot.ly and PyVista.

About the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

The Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian is a collaboration between Harvard and the Smithsonian designed to ask—and ultimately answer—humanity’s greatest unresolved questions about the nature of the universe. The Center for Astrophysics is headquartered in Cambridge, MA, with research facilities across the U.S. and around the world.