Die mysteriösen Filamente der Milchstraße haben „ältere, entfernte Cousins“

Magnetisierte Radiofilamente kommen im Inneren unserer Galaxie im Umkreis von wenigen hundert Parsec reichlich vor. Die Fortschritte beim Verständnis dieser Filamentpopulation waren in den letzten Jahrzehnten langsam, was teilweise auf mangelnde Entdeckungen an anderen Orten in der Galaxie oder in externen Galaxien zurückzuführen ist.

Jetzt, 40 Jahre später, Northwestern University Astrophysiker haben erstmals zwei mögliche Erklärungen für die unbekannte Herkunft der Filamente vorgelegt. Sie schlugen vor, dass die Filamente aus einer Wechselwirkung zwischen großräumigem Wind und Wolken oder aus Turbulenzen in einem schwachen Magnetfeld entstehen könnten.

Die ersten Filamente, die Zadeh fand, ragten in der Nähe auf Supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße und waren bis zu 150 Lichtjahre lang. Zadeh hat seine Beobachtungsdatenbank Anfang des Jahres um über 1,000 Filamente erweitert. Die eindimensionalen Filamente in dieser Charge kommen in Gruppen und Paaren vor, häufig in gleichmäßigen Abständen, nebeneinander gestapelt wie Harfensaiten oder seitlich ausströmend wie einzelne Wellen in einer Kaskade.

Zadeh enthüllte die mysteriösen Filamente, aus denen sie bestehen kosmischen Strahlung Elektronen, die in einem Magnetfeld fast so schnell wie Licht wirbeln. Zadeh fragte sich weiterhin, woher die Filamente kamen, obwohl er das Rätsel um die Zusammensetzung der Filamente gelöst hatte. Durch die Entdeckung einer brandneuen Population außerhalb unserer Galaxie haben Astronomen nun mehr Möglichkeiten, die physikalischen Prozesse rund um die Filamente zu untersuchen.

Er sagte, „Nachdem ich all die Jahre lang Filamente in unserem eigenen Galaktischen Zentrum studiert hatte, war ich äußerst gespannt, diese unglaublich schönen Strukturen zu sehen. Da wir diese Filamente anderswo im Universum gefunden haben, deutet dies darauf hin, dass etwas Universelles geschieht.“

Die neue Filamentpopulation ähnelt im Aussehen den Filamenten unserer Milchstraße, es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede. Beispielsweise sind die Filamente außerhalb der Milchstraße wesentlich größer und zwischen 100 und 10,000 Mal länger. Sie haben auch weniger Magnetfelder und sind viel älter. Die meisten von ihnen baumeln seltsamerweise in einem 90°-Winkel von den Jets eines Schwarzen Lochs in die riesige Leere des Intracluster-Mediums oder in die Region zwischen den Galaxien des Clusters.

Die neu gefundene Population weist jedoch das gleiche Längen-Breite-Verhältnis auf wie die Filamente der Milchstraße. Und es scheint, dass beide Gruppen die gleichen Methoden zur Energieübertragung nutzen. Die Elektronen in den Filamenten sind näher am Strahl energiereicher, aber je weiter sie absteigen, desto weniger energiereich sind sie. Die zur Bildung eines Filaments erforderlichen Keimpartikel könnten vom Strahl des Schwarzen Lochs bereitgestellt werden, doch eine unbekannte Kraft muss diese Partikel über erstaunliche Distanzen treiben.

Zadeh sagte: „Einige von ihnen sind sehr lang, bis zu 200 Kiloparsec. Das ist etwa vier- bis fünfmal größer als unsere gesamte Milchstraße. Bemerkenswert ist, dass ihre Elektronen über einen so langen Zeitraum zusammenbleiben. Wenn sich ein Elektron mit Lichtgeschwindigkeit über die Länge des Filaments bewegen würde, würde es 700,000 Jahre brauchen. Und sie bewegen sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit.“

Das haben Wissenschaftler vermutet „Der Ursprung der Filamente könnte eine einfache Wechselwirkung zwischen galaktischem Wind und einem Hindernis, etwa einer Wolke, sein. Wenn der Wind das Hindernis umhüllt, erzeugt er dahinter einen kometenähnlichen Schweif.“

Zadeh erklärt, „Wind entsteht durch die Bewegung der Galaxie, wenn sie rotiert. Es ist, als würde man die Hand aus dem Fenster eines fahrenden Autos strecken. Draußen weht kein Wind, aber man spürt, wie sich die Luft bewegt. Wenn sich die Galaxie bewegt, erzeugt sie Wind, der durch Orte strömen könnte, an denen die Teilchen der kosmischen Strahlung ziemlich locker sind. Es fegt das Material und erzeugt eine fadenförmige Struktur.“

„Wenn sich Radiogalaxien bewegen, kann die Schwerkraft auf das Medium einwirken und es umrühren. Das Medium bildet dann wirbelnde Wirbelflecken. Nachdem sich das schwache Magnetfeld um diese Wirbel gewickelt hat, kann es gedehnt, gefaltet und verstärkt werden – und schließlich zu länglichen Filamenten mit einem starken Magnetfeld werden.“

„Alle diese Filamente außerhalb unserer Galaxie sind sehr alt. Sie stammen fast aus einer anderen Ära unseres Universums und signalisieren den Bewohnern der Milchstraße dennoch, dass es einen gemeinsamen Ursprung für die Bildung der Filamente gibt. Ich finde das bemerkenswert.“

Journal Referenz:

1. F. Yusef-Zadeh, RG Arendt, M. Wardle. Populationen magnetisierter Filamente im Intracluster-Medium und im Galaktischen Zentrum. Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe. DOI 10.3847/2041-8213/ac982a