天文学家首次绘制整个星系团的磁场图

科学家们首次重建了整个星系团的磁场，从其致密的核心到其弥散的外部光晕，揭示了无形的力量如何塑造宇宙中最大的结构。

这一成就来自于对阿贝尔2255（距地球约10亿光年的星系团）使用欧洲低频阵列（LOFAR）进行的有史以来最深度的射电观测。作为LOFAR星系团超深场项目的一部分，团队收集了224小时的射电数据，创建了一幅创纪录的地图，展示了磁场如何交织在星系团百万光年宽的广阔空间中。

太空磁场为何重要

星系团是由引力维系在一起的宇宙中最庞大的结构，是由成百上千个星系组成的巨大城市，沉浸于炽热气体之中并充满着磁场。这些磁场并非被动的特征。它们影响着宇宙射线的传播方式、气体的冷却和恒星的形成方式，以及黑洞和超新星的能量如何弥散到星系际空间。

但直到现在，天文学家只能推断这些磁场的存在。他们从未直接绘制过整个星系团中磁场的形状和方向。

领导这项研究的意大利国家天体物理研究所（INAF）的安德烈亚·博特翁表示，这项工作的动力来自一个基本问题：”电子是如何被加速到相对论速度，磁场是如何在大的宇宙尺度上被放大的？”

由混沌和碰撞塑造的磁场

地图显示，该星系团的磁场并非随机纠缠。在某些区域，磁力线遵循特定的径向方向，与延伸的射电辐射对齐。在冲击波主导的区域，气体随着星系团继续形成而猛烈撞击在一起的地方，磁场沿切线方向排列，被持续碰撞的湍流拉伸和压缩。

这是首个观测证据，表明构建星系团的相同剧烈过程，合并、气体流入、冲击波，也塑造了它们的磁场。

“我们认为，启动这些巨大射电辐射的机制与星系团的形成过程有关，”博特翁说。”在某些区域观测到的磁力线一致性表明，磁场的形态与其所在气体的动力学密切相关。”

下一步是什么

这项已被接受在《天文学与天体物理学》上发表的研究表明，LOFAR的超深观测能力可以揭示以前不可见的磁场结构。同样的技术现在可以应用于其他星系团，从而构建出关于磁力如何随着宇宙中最大的构件在宇宙时间中聚集而演变的图景。

这些发现有助于解答一个长期存在的谜题：用传统仪器无法直接探测到的磁场是如何被放大到如今在星系团中观测到的强度的？答案似乎在于创造星系团本身的相同的引力暴力中。

婷翻译