Creata Mappa Ad Altissima Risoluzione dei Campi Magnetici della Via Lattea

Un gruppo internazionale di ricercatori, guidato da scienziati dell'Istituto Max Planck per l'Astrofisica, ha usato un database di osservazioni radio per creare la più precisa mappa dei campi magnetici nella Via Lattea, mai ottenuta. Il team è riuscito ad applicare delle nuove tecniche della teoria dell'informazione per ottenere dettagli mai osservati prima. "La chiave per applicare queste nuove tecniche è che il progetto unisce più di 30 ricercatori di 26 differenti progetti e più di 41.000 misurazioni di tutto il cielo. Il database creato è l'equivalente di bersagliare l'intero cielo con fonti separate da una distanza angolare di solo due lune piene." Quest'incredibile volume di dati ha prodotto una mappa che darà agli scienziati l'opportunità di studiare la struttura magnetica della Via Lattea con un dettaglio mai raggiunto prima.

La mappa mostra agli scienziati una quantità conosciuta come la "profondità di Faraday" un concetto che dipende dai campi magnetici presenti su una specifica linea di vista. Il team ha creato lamappa unendo insieme 41.000 misurazioni individuali usando una nuova tecnica per la ricostruzione delle immagini. I ricercatori del MPA sono specialisti nella nuova disciplina della teoria dell'informazione. La Dr. Tracy Clarke, che lavora presso il Remote Sensing Division, del NRL, è parte del team internazionale di radio-astronomi che ha fornito le osservazioni radio per il database. Questa nuova mappa ad alta precisione non solo mostra la struttura del campo magnetico Galattico su grande scala, ma rivela anche tante caratteristiche strutturali più piccoli, che aiuteranno gli scienziati a comprendere meglio le turbolenze nel gas distribuito nella Via Lattea.

La Via Lattea, come tutte le altre galassie, possiede dei campi magnetici. Fino ad ora, gli scienziati hanno avuto pochi indizi su cos'è davvero che causa questi campi e quali sono i processi dietro di loro che converte l'energia meccanica in energia magnetica. Questi stessi tipi di processi avvengono nell'interno della Terra o del Sole. La mappa che il team ha creato darà agli scienziati nuovi strumenti con cui studiare la distribuzione dei campi magnetici nella nostra galassia, per capire meglio cosa e come li causa.

Per 150 anni, gli scienziati hanno misurato il campo magnetico cosmico osservando l'effetto di Faraday. Sanno che quando la luce polarizzata passa attraverso un mezzo magnetizzato, il piano della polarizzazione cambia. Questo è il concetto alla base della rotazione di Faraday. La forza e la direzione del campo magnetico governa la quantità di rotazione che avviene. Quindi gli scienziati osservano la rotazione per investigare le proprietà dei campi magnetici.

I radio-astronomi studiano la luce polarizzata di fonti radio molto distanti che passano attraverso la Via Lattea sulla loro strada per la Terra, per poter misurare il campo magnetico della nostra Via Lattea. Misurando la polarizzazione delle fonti di luce a diverse frequenze, i ricercatori possono determinare la quantità di rotazione di Faraday.

Con queste misurazioni individuali, i ricercatori accumulano dati riguardo a ogni singola via attraverso la Galassia. Per ottenere un'immagine più completa dei campi magnetici presenti nella Via lattea dalle misurazioni della rotazione di Faraday, i ricercatori hanno osservato tante diverse fonti sparse su tutto il cielo. Per questa mappa, i radio-astronomi di tutto il mondo hanno messo insieme dati da 26 diversi progetti, raccogliendo, per la precisione 41.330 misurazioni individuali. La mappa consiste in circa una fonte radio per ogni grado quadrato del cielo.

Ma anche con un catalogo così grande, ci sono ancora aree molto vaste che sono state esaminate poco; specialmente per quanto riguarda il cielo dell'emisfero sud, dove sono state registrate poche fonti. Quindi per avere una mappa realistica dell'intero cielo, i ricercatori devono adoperare tecniche di interpolazione tra i vari punti che hanno registrati.

Ci sono delle difficoltà nell'ottenere una mappa con questa tecnica. Prima di tutto, la precisione delle varie misurazioni varia molto, anche se le misurazioni più esatte dovrebbero anche essere quelle che hanno la maggior influenza. Tuttavia, gli scienziati non sono certi esattamente quanto ogni misurazione è affidabile nel fornire un'informazione precisa riguardo all'ambiente intorno a se.

C'è anche un problema riguardo all'incertezza delle misurazioni semplicemente perché il processo con cui si ottengono le misurazioni è altamente complesso. Anche un piccolissimo errore può avere un notevole impatto sui dati in un modo significante, portando ad una mappa distorta.

Per andare incontro a questi problemi, gli scienziati del MPA hanno sviluppato un'algoritmo usato per ricostruire le immagini. Questo algoritmo, chiamato "filtro critico esteso" usa strumenti forniti da una nuova disciplina conosciuta come "teoria del campo di informazione". La teoria dell'informazione, che usa metodi logici e statistici, viene qui applicata ai campi, ed è uno strumento potentissimo per gestire informazioni erronee. Oltre che nell'astronomia, questi strumenti possono essere usati in campi come la medicina o la geografia per un grande gamma di applicazioni che si occupano dell'elaborazione di immagini e di segnali molto precisi.

Questa mappa ha un grande valore per lo studio della nostra galassia, ma in futuro i ricercatori cercheranno di usare simili tecniche anche per studiare i campi magnetici di altri galassie. Questo sarà possibile anche con l'avvento di una nuova generazione di super radio-telescopi come LOFAR, eVLA, ASKAP, MeerkAT e SKA. Questi forniranno misurazioni di diversi ordini di magnitudo più dettagliate e potranno osservare in grande dettagli i campi magnetici nella nostra e altre galassie lontanissime.

http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/scientists-chart-high-precision-map-of-milky-ways-magnetic-fields

http://arxiv.org/pdf/1111.6186v1.pdf

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