宇宙のスーパーバブルの磁場を初めて 3D で図解

太陽系を中心に半径６００光年程度の枕状スーパーバブル。超新星爆発の跡が組合さった構造で表面は星形成領域になる。以下、機械翻訳。

宇宙のスーパーバブルの磁場を初めて 3D で図解

01.11.23 ニュースリリース

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3D で磁化構造を追跡するための新しい戦略は、宇宙における磁場の影響に関する重要な問題に対処するのに役立ちます。

天文学者は、プランクとガイアによって得られたデータを使用して、ローカルバブルの磁場を図にしました。

クレジット: Theo O'Neill / World Wide Telescope

ワシントン州シアトル-天体物理学センターの天文学者 | ハーバード & スミソニアン(CfA) は、星の起源と宇宙の磁場の影響に関する数十年にわたる疑問に答えるのに役立つ可能性のある、この種の地図を初めて公開しました。

この地図は、私たちの太陽を取り囲む巨大な、幅 1,000 光年の空洞であるローカル バブルの可能性のある磁場構造を明らかにしています。スイスチーズの塊のように、私たちの銀河はいわゆるスーパーバブルでいっぱいです。大質量星の爆発的な超新星の死は、これらの泡を吹き飛ばし、その過程でガスと塵 (新しい星を作るための燃料) を泡の外面に集中させます。したがって、これらの厚い表面は、その後の星や惑星形成のための豊富な場所として機能します。

しかし、スーパーバブルに関する科学者の全体的な理解は不完全なままです。新しい 3D 磁場マップにより、研究者は現在、スーパーバブルの進化、星形成および銀河への影響をよりよく説明できる新しい情報を得ています。

「ローカル バブルのこの 3D マップをまとめると、スーパーバブルを新しい方法で調べるのに役立ちます」と、CfA での 10 週間のNSF 後援による夏の研究経験でマップ作成の取り組みを主導したTheo O'Neillは、まだ学部生であると述べています。バージニア大学 (UVA) で。

The Local Bubble's Magnetic Field in 3D (Full length video)

「宇宙は、新しい星や惑星の形成を引き起こし、銀河の全体的な形状に影響を与えるこれらのスーパーバブルでいっぱいです」と、2022 年 12 月に UVA を卒業し、天文学物理学と統計学の学位を取得したオニール氏は続けます。「太陽が今日住んでいるローカルバブルを動かす正確なメカニズムについてもっと学ぶことで、スーパーバブルの進化とダイナミクス全般についてもっと学ぶことができます。」

オニール氏は同僚とともに、ワシントン州シアトルで 1 月 11 日水曜日に開催されたアメリカ天文学会の第 241 回年次総会で調査結果を発表しました。3D インタラクティブ図と研究のプレプリントは、現在Authoreaで入手できます。この研究は、ハーバード大学の教授で CfA の天文学者であるアリッサ グッドマン氏の指導の下、ハーバード大学の天文学卒業生であるキャサリン ザッカー氏、ハーバード大学の博士課程の学生であるジェシー ハン氏、およびローマの磁場専門家であるフアン ソラー氏と協力して、CfA で実施されました。

30年前に宇宙磁場の重要性に関する博士論文を書いたグッドマンは、「基本的な物理学の観点から、磁場が多くの天体物理現象で重要な役割を果たさなければならないことを長い間知っていました. 「しかし、これらの磁場を研究することは、非常に難しいことで知られています。その難しさは、私を磁場の研究から永久に遠ざけますが、その後、新しい観測ツール、計算方法、および熱心な同僚が私を磁場の研究に引き戻します。今日のコンピューターシミュレーションと全天調査は、ついに小さな塵の粒子の動きから銀河団のダイナミクスに至るまで、宇宙がどのように機能するかのより広い視野に磁場を実際に組み込み始めるのに十分です。」

ローカル バブルは、太陽と太陽系が現在見られるスーパー バブルであるため、天体物理学のホット トピックとして浮上しています。2020 年、Local Bubble の 3D ジオメトリは、当初、ギリシャとフランスに拠点を置く研究者によって作成されました。そして2021年、現在は宇宙望遠鏡科学研究所のグッドマンであるザッカー、ウィーン大学のジョアン・アルベス、および彼らのチームは、ローカルバブルの表面がすべての近くの若い星の源であることを示しました.

これらの研究は、新しい 3D 磁場マップと共に、欧州宇宙機関 (ESA) によって開始された宇宙ベースの天文台であるガイアからのデータに部分的に依存しています。星の位置と動きを測定する一方で、Gaia は宇宙塵の位置を推測するためにも使用され、その局所的な濃度をグラフ化し、ローカル バブルのおおよその境界を示しました。

これらのデータは、オニールと同僚によって、別の ESA 主導の宇宙望遠鏡であるプランクのデータと組み合わされました。2009 年から 2013 年にかけて全天調査を行ったプランクは、主にビッグバンの遺光を観測するために設計されました。その過程で、探査機は全天からのマイクロ波波長光の測定値をまとめました。研究者は、プランク観測の一部を使用して、天の川銀河内の塵からの放出を追跡し、ローカル バブルの磁場のマッピングに役立てました。

具体的には、関心のある観測は偏光で構成されていました。これは、好ましい方向に振動する光を意味します。この分極は、空間内の磁気的に整列したダスト粒子によって生成されます。ダストの配列は、ダスト粒子に作用する磁場の方向を示しています。

このように磁力線をマッピングすることで、プランク データに取り組んでいる研究者は、地球から見た空に投影された磁場の 2D マップを編集することができました。この地図を 3 つの空間次元に変形または「投影解除」するために、研究者は 2 つの重要な仮定を行いました。まず、観測された偏光を生成する星間塵のほとんどがローカル バブルの表面にあるということです。そして第二に、泡が膨張するにつれて、磁場が泡の表面に「一掃」されると予測する理論は正しい.

O'Neill はその後、CfA の夏のインターンシップ中に、3D 磁場マップを作成するために必要な複雑な幾何学的解析を実行しました。

グッドマンは、研究チームを、地球の最初の地図のいくつかを作成した先駆的な地図作成者になぞらえています。

「磁場のこの最初の 3D マップを作成するために、いくつかの大きな仮定を立てました。これは決して完璧な図ではありません」と彼女は言います。「テクノロジーと物理的理解が向上するにつれて、マップの精度が向上し、見ているものを確認できるようになるでしょう。」

発生した磁気渦巻きの 3D ビューは、磁場が実際にバブルの表面に押し上げられ、分極の大部分がそこで生成された場合、近隣のスーパーバブルの磁場構造を表しています。

研究チームはさらに、結果として得られたマップをローカル バブルの表面に沿ったフィーチャと比較しました。例としては、星形成の巨大な球状領域であるパー タウ シェルや、もう 1 つの著名な星の苗床であるオリオン分子雲複合体が含まれます。今後の研究では、磁場とこれらおよびその他の表面の特徴との関連を調べる予定です。

「このマップを使用して、スーパーバブル内の星形成に対する磁場の影響を実際に調べ始めることができます」と Goodman は言います。「さらに言えば、これらのフィールドが他の多くの宇宙現象にどのように影響するかをよりよく理解してください。」

磁場は天体物理環境における荷電粒子の動きと向きにのみ影響するため、すべての物質に作用する重力が主要な力であるシミュレーションや理論を構築する際に、磁場の影響を脇に置く傾向があるとグッドマンは言います。 . さらに、磁気を含めることを思いとどまらせると、磁気はモデル化するのに非常に複雑な力になる可能性があります。

磁場の影響がこのように省略されていることは理解できますが、多くの場合、宇宙のガスの動きを制御する重要な要因を除外しています。これらの運動には、星が形成されるときにガスが星に流れ込むこと、星が物質を集めて惑星を形成する円盤に入るときに、星から発せられる強力なジェットとして星から離れて流れることが含まれます。星が形成される低密度環境では、磁場の影響が瞬間から瞬間までわずかであったとしても、ガスを集めて星に変えるのに数百万年の時間スケールがかかることを考えると、磁気効果はもっともらしく加算される可能性があります。時間の経過とともに実質的なものに。

グッドマン、オニール、および彼らの同僚は、その発見を楽しみにしています。

「私は CfA でこの研究を行い、この 3D 磁気マップを使って何か新しくてエキサイティングなものを組み立てることができて、素晴らしい経験をしました」と O'Neill は言います。「この地図が、銀河全体のスーパーバブルについての理解を深める出発点になることを願っています。」

この作業のサポートは、国立科学財団、NASA、およびゴードンとベティ ムーア財団によって提供されました。

Local Bubble の磁場について詳しくは、tinyurl.com /local-bubble-b をご覧ください。

3D 天の川プロジェクトについて

この研究は、天の川銀河の 3D マップを作成するために協力しているいくつかのオープンソース ソフトウェア プロジェクトの間で進行中のコラボレーションの一部です。glue、OpenSpace、AAS WorldWide Telescopeなどのソフトウェア パッケージは、 API のようなインターフェイスを介して相互接続されており、 PlanckやGaiaなどのさまざまなオープン データ セットにアクセスします。アメリカ自然史博物館のヘイデン プラネタリウムのスタッフとのコラボレーションを含む 3D 天の川プロジェクトの詳細については、MilkyWay3D.orgでいくつかの結果が展示されます。. この作品を共有する Authorea プレプリントの 3D インタラクティブ図は、plot.lyやPyVistaなどの追加のフリー ソフトウェアによって可能になります。

天体物理学センターについて | ハーバードとスミソニアン

天体物理学センター | Harvard & Smithsonian は、ハーバードとスミソニアンの共同研究で、宇宙の性質に関する人類の最大の未解決の問題に問いかけ、最終的には答えることを目的としています。天体物理学センターはマサチューセッツ州ケンブリッジに本部を置き、米国および世界中に研究施設を持っています。