De Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), het nationale wetenschappelijke agentschap van Australië, en de Square Kilometre Array International Observatory (SKAO) hebben gezamenlijk de meest gedetailleerde en grootste kaart van het kosmische magnetische veld tot nu toe vrijgegeven, waarop de oorspronkelijk ‘onzichtbare’ kosmische magnetische veldstructuur in ongekend detail wordt gepresenteerd. De nieuwe kaart, genaamd SPICE-RACS, bestrijkt vijf keer meer oppervlakte dan alle eerdere onderzoeken in zijn soort samen en wordt beschouwd als een belangrijke mijlpaal in het begrijpen van hoe energie in het universum wordt gedistribueerd en getransporteerd.

De nieuwe resultaten zijn gebaseerd op de ASKAP-radiotelescoop op Inyarrimanha Ilgari Bundara (ASKAP-operationele basis) in West-Australië. Deze faciliteit maakt deel uit van CSIRO en is verantwoordelijk voor het scannen van grote delen van de lucht op radiosignalen in de ASKAP Rapid Continuous Survey (RACS). Al in 2020 voltooide ASKAP het grootste en snelste radioonderzoek van die tijd, waarmee de basis werd gelegd voor deze magnetische veldkartering.

Volgens het onderzoeksteam is de SPICE-RACS-kaart gebaseerd op een natuurkundig principe: wanneer licht door een magnetisch veld gaat, wordt de polarisatie omgekeerd. Door de mate van rotatie van radiosignalen uit alle richtingen in het universum tijdens hun voortplanting te meten, en deze te combineren met door ASKAP geregistreerde gegevens, kunnen wetenschappers de locatie en sterkte van deze magnetische velden afleiden. Dr. Alec Thomson, een van de projectleiders en momenteel opdrachtgevend wetenschapper bij SKAO, zei dat dit de eerste keer is dat onderzoekers de structuur van het nabijgelegen interstellaire medium op zo'n grote schaal in detail hebben kunnen analyseren, terwijl ze systematisch een groot aantal verre sterrenstelsels bestuderen.

Om de kaart samen te stellen, heeft het team gegevens van bijna alle sterrenstelsels die in het RACS-onderzoek zijn gedetecteerd, opnieuw verwerkt. "We hebben rotatiemetingen uit elk door RACS gedetecteerd sterrenstelsel gehaald, dat in totaal bijna vier miljoen objecten omvat, en de ruwe gegevens van ASKAP opnieuw verwerkt om een ​​completer beeld van het kosmische magnetische veld te krijgen," zei Thomson. Volgens hem levert dit een ongekende steekproefomvang op voor het onderzoeken van magnetische structuren van de lokale omgeving van de Melkweg tot het verre heelal.

De wetenschappelijke gemeenschap heeft al lang erkend dat magnetische velden een sleutelrol spelen bij het vormgeven van het milieu op aarde en in de ruimte, maar het was moeilijk om dit rechtstreeks waar te nemen. Zonder de bescherming van het buitenste geomagnetische veld van de aarde zou de stroom van hoogenergetische deeltjes van de zon (zonnewind) bijvoorbeeld de bewoonbaarheid van de aarde aanzienlijk verminderen. Vergeleken met zwaartekracht of elektromagnetische straling weten mensen echter nog steeds heel weinig over de oorsprong en evolutie van magnetische velden op kosmische schaal, wat voornamelijk wordt beperkt door observatiemethoden.

Professor Naomi McClure-Griffiths, hoofdwetenschapper van SKAO, wees erop dat de astronomische gemeenschap de afgelopen twintig jaar feitelijk op dezelfde beperkte dataset heeft vertrouwd om het kosmische magnetische veld te bestuderen, en dat deze gegevens niet eens de hele zuidelijke hemel bestrijken. "Nu kunnen we eindelijk enkele van de 'grote vragen' over de magnetische structuur van het universum beantwoorden met een completer beeld van de hemel," zei ze. Met SPICE-RACS kunnen wetenschappers de interacties van de Melkweg met naburige sterrenstelsels zoals de Magelhaanse Wolken op galactische schaal bestuderen en de rol analyseren die magnetische velden spelen.

Belangrijker nog is dat de nieuwe kaart naar verwachting zal helpen bij het beantwoorden van de fundamentele vraag: "wanneer verscheen het kosmische magnetische veld?" McClure-Griffiths zei dat onderzoekers in het verleden ooit geloofden dat dergelijke problemen bijna onmogelijk op te lossen waren met behulp van observatiemethoden, maar nu, met de opkomst van hooggevoelige grootschalige polarisatieonderzoeken, "is deze opvatting niet langer waar." Door de magnetische veldkarakteristieken van sterrenstelsels op verschillende tijdstippen en op verschillende afstanden te tellen, hebben onderzoekers de mogelijkheid om het ontstaans- en evolutietraject van het magnetische veld in de geschiedenis van het universum te reconstrueren.

Naast het vrijgeven van de gegevens zal CSIRO ook relevante datasets in een open formaat beschikbaar stellen aan wetenschappelijke onderzoekers over de hele wereld. Tim Galvin, een CSIRO-astronoom die bij het project betrokken is, zei dat deze bronnen vrij toegankelijk zullen zijn voor elk team, of het nu gaat om onafhankelijk onderzoek of om bestaande resultaten te repliceren. Hij benadrukte dat open data niet alleen meer onderzoeksteams in staat stelt nieuwe wetenschappelijke problemen te onderzoeken, maar ook het kernprincipe van ‘reproduceerbaarheid’ in wetenschappelijk onderzoek helpt versterken.

Het dataportaalplatform van CSIRO wordt daarom beschouwd als een belangrijke wetenschappelijke onderzoeksinfrastructuur, niet alleen voor professionele onderzoekers, maar verwelkomt ook diepgaande verkenning door het publiek dat nieuwsgierig is naar astronomische en wetenschappelijke gegevens. Galvin wees erop dat meerdere onderzoeksteams momenteel aan de gegevens van dit project werken en nieuwe resultaten blijven produceren, wat de wetenschappelijke waarde van deze bronnenbibliotheek verder bewijst.

Het internationale samenwerkingsteam dat aan dit werk deelneemt, wordt de samenwerkingsgroep "Cosmic Magnetic Polarization Survey (POSSUM)" genoemd, die is samengesteld uit multinationale onderzoeksinstellingen. Hoewel SPICE-RACS wordt beschouwd als een van de meest uitgebreide kaarten van het kosmische magnetische veld die momenteel beschikbaar zijn, benadrukt het team dat dit slechts het startpunt is voor toekomstige plannen voor waarnemingen op grotere schaal en met hogere precisie. Nu de nieuwe generatie radiofaciliteiten, zoals de Square Kilometre Array-telescoop, volledig in gebruik is genomen, wordt verwacht dat de 'kaart' van de mensheid van de verborgen magnetische structuur van het universum zich zal blijven uitbreiden en actualiseren.

Volgens rapporten zijn de resultaten van dit onderzoek geaccepteerd door de publicaties van de Astronomical Society of Australia, maar is het peer review-proces nog niet voltooid. Het onderzoeksteam en CSIRO verklaarden in een persbericht dat ze de gegevens en methoden in de toekomst zullen blijven verbeteren, en kijken ernaar uit dat de mondiale wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap op deze basis meer vragen en verklaringen zal opwerpen om het menselijk begrip van het kosmisch magnetisch veld en zijn rol in de evolutie van het universum te verdiepen.