天文学者らが銀河団全体の磁場を初めてマッピング
科学者たちは初めて、銀河団全体の磁場を、その高密度の中心核から広がる外部ハローに至るまで再構築し、目に見えない力が宇宙最大の構造をどのように形成しているかを明らかにした。
この成果は、欧州のLow Frequency Array（LOFAR）を使用した、地球から約10億光年離れた銀河団アベル2255のこれまでで最も深い電波観測から得られた。LOFAR銀河団超深層フィールドプロジェクトの一環として224時間の電波データを収集し、チームは銀河団の100万光年にわたる広がりに磁場がどのように織り込まれているかを示す記録的な地図を作成した。
宇宙の磁場が重要な理由
銀河団は、重力によって結合された宇宙で最も大規模な構造であり、高温のガスに浸かり磁場に満たされた何百、何千もの銀河からなる巨大な都市である。これらの磁場は受動的な特徴ではない。それらは宇宙線の移動方法、ガスの冷却と星の形成方法、そしてブラックホールや超新星からのエネルギーが銀河間空間にどのように分散するかに影響を与える。
しかしこれまで、天文学者はこれらの磁場の存在を推測することしかできなかった。銀河団全体にわたってその形状と向きを直接マッピングしたことは一度もなかった。
この研究を率いたイタリア国立天体物理学研究所（INAF）のアンドレア・ボッテオン氏は、この研究は基本的な疑問によって動機づけられたと述べた。「電子はどのようにして相対論的速度に加速され、磁場はどのようにして大きな宇宙スケールで増幅されるのか？」
混沌と衝突が形作る磁場
地図は、銀河団の磁場が無作為のもつれではないことを明らかにした。一部の領域では、磁力線は特定の放射方向に従い、広がった電波放射と整列している。衝撃波が支配的な領域では、銀河団が形成され続けるにつれてガスが激しく衝突し、磁場は接線方向に向き、進行中の衝突の乱流によって引き伸ばされ圧縮されている。
これは、銀河団を構築する同じ暴力的なプロセス、すなわち合体、ガスの流入、衝撃波が、その磁場も形成するという初の観測的証拠である。
「これらの巨大な電波放射を作動させるメカニズムは、銀河団の形成過程に関連していると考えています」とボッテオン氏は述べた。「一部の領域で観測された磁力線の一貫性は、磁場の形態がそれが存在するガスの力学と密接に関連していることを示唆しています。」
今後の展望
Astronomy & Astrophysicsに掲載が受理されたこの研究は、LOFARの超深層観測能力が、これまで見えなかった磁場構造を解き明かすことができることを示している。同じ手法は現在、他の銀河団にも適用可能であり、宇宙の最大の構成要素が宇宙時間を通じて集積するにつれて磁気がどのように進化するかの全体像を構築することができる。
この発見は、従来の機器では直接検出するには弱すぎる磁場が、今日の銀河団で観測される強度にどのようにして増幅されるのかという長年の謎の解決に役立つ。その答えは、銀河団自体を作り出す同じ重力の暴力にあるようだ。
雅子 訳