Fundamental physics, magnetic fields and gravity with recent and future radio interferometers

Research Project, 2014 – 2019

Tekniken med radio interferometri har tillåtit oss att utforska grunderna i fysik, magnetfält och gravitation med oöverträffad detaljrikedom. I synnerhet kompakta radiokällor, såsom pulsarer och masrar, har visat sig vara ovärderliga verktyg i studierna av magnetfält och gravitation. De fundamentala krafterna gravitation och magnetism är involverade i nästan alla processer som definierar vårt universum. Gravitation har länge varit ett känt begrepp, men gravitationsvågor har förblivit svårfångade. På samma sätt har magnetfält fascinerat och förbryllat astronomer sedan de upptäcktes. Båda krafter verkar på de minsta och största skalorna. Det finns till exempel magnetiska fält på mindre skalor som har uppmätts kring planeter och stjärnor som vår sol, och på stora skalor mellan stora kluster av galaxer i det tidiga universum. Effekterna av magnetiska fält på exempelvis födelsen av stjärnor såsom solen, tros vara betydande, men deras inverkan på stjärnornas död är betydligt mer okänd. Och det är under denna stjärndöd som stoft och molekyler som senare kommer att bilda planetsystem transporteras in i den interstellära rymden. Magnetfält kan spela en viktig roll i denna process. Magnetfält kan också vara orsaken till skapandet av vackra planetariska nebulosor som sätter igång vår fantasi. För att förstå magnetism vid de minsta skalorna, kan vi använda masrar, motsvarande en laser på mikrovågsvåglängder, som under särskilda förhållanden kan förekomma naturligt i gasen kring döende stjärnor. Med samma teknik som kan upptäcka mycket små masrar, kan vi också mycket noggrant mäta pulsarers rörelser. En pulsar är en snabb roterande rest av en stjärna som exploderade som en supernova. Genom att titta på dess rörelse på himlen, som orsakas av jordens rotation runt solen, kan vi bestämma dess exakta avstånd. Kombinerar man dessa avstånd och rörelser med andra observationer av pulsaren, blir det möjligt att avgöra till exempel när den föddes, hur supernovaexplosionen inträffade och hur den lokala gravitationen har påverkat dess rörelse. För vissa pulsarer, till exempel de som bildar ett binärt system, kan bestämningen av ett exakt avstånd också ytterligare begränsa gravitationsteorin som beskriver pulsarens bana runt sin kompanjon. Med den nya och nästa generations radiointerferometriska instrument, såsom Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), Square Kilometer Array (SKA) och SKA- pathfinder instrument, kommer användningen av dessa kompakta masrar och pulsarer som mätstickor av grundläggande fysik att öka ytterligare . Med det här projektet kommer vi i synnerhet att försöka definiera användningen av masrar i undersökningen av gravitationsvågor, att använda pulsarer för att spåra gravitation i täta grupper av stjärnor och därmed avsevärt öka antalet exakt kända avstånd till pulsarer.