電波地図は宇宙最大の磁場を明らかにするかもしれない |クアンタマガジン

天文学者たちは、大規模な銀河団の中に隠された磁場の地図を作成することで、宇宙磁気の起源の発見に近づいています。

「これらは、前例のない大規模な磁場の詳細な構造を示した最初の地図です」と述べた。 アレクサンドル・ラザリアンウィスコンシン大学マディソン校の天文学者であり、地図を説明する論文の共著者でもあります。 本日公開 ネイチャー·コミュニケーションズ.

ラザリアンと彼の同僚は、それぞれ数百万光年にわたる 5 つの銀河団を研究しました。彼らは、彼が考案したシンクロトロン強度勾配（SIG）マッピングと呼ばれる技術を使用してマップを作成しました。これは、クラスターの磁場が特定の位置でどの方向を向いているかを解明するために電波観測に依存しています。研究者らは、同じ技術をクラスター全体に適用することで、その磁場の完全なマップを構築できると述べている。この結果が確認されれば、巨大構造物の磁場にはこれまで検出されていなかった秩序が存在することが示されることになる。

磁気は宇宙のいたるところに存在します。私たちは、地球上の最小のスケールから、星や星間物質などの宇宙構造を彫刻する宇宙最大のスケールまで、それを観察します。私たちが知っているように、磁性は生命にとっても重要であり、分子レベルでキラリティーに影響を与え、地球を取り囲む保護シールドを作り上げます。しかし、答えのない大きな疑問が残されている 宇宙磁気が発生した場所。一部の科学者は、磁気はビッグバン後の最初の瞬間に他の基本的な力とともに生じるという原始的な説明を支持しています。磁気は数億年後に発生し、星や銀河などの物体が生成する種磁場から成長するという、より遅い到来を支持する人もいます。

この新しいマッピング技術は、天文学者が非常に大きなスケールで磁場を比較できるようにすることで、解決策を提供する可能性があります。しかし、この技術には独自の限界があり、大規模磁気の分野では依然として多少の議論の余地があります。

「それが機能すれば、空の非常に広い領域にわたって磁場をマッピングする非常に観測コストの低い方法が得られることになります」と彼は述べた。 ケイト・パトル、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの天体物理学者。

宇宙地図作成

科学者は通常、シンクロトロン放射を研究することで宇宙磁場を発見します。 電波放射 磁場が光速に近い速度で移動する電子の経路を曲げることによって生成されます。このような観測では、電波放射の方向、つまり偏光を利用して、磁場の方向を明らかにすることもできます。しかし、偏光測定は非常に時間がかかり、銀河団の密度が高く塵の多い領域で最も効果的です。

約7年前、ラザリアンは ある方法を思いついた シンクロトロン放射のみを使用して磁場の方向を明らかにするため、偏光は必要ありません。この技術は、宇宙を移動する際に変化する電波放射の強さ、または研究者が勾配と呼んでいるものの観測を利用します。

「明るさの勾配、つまり画像が暗くなったり明るくなったりする方向は、磁場に関係しています」と彼は言いました。 マルクス・ブリュッゲン、ドイツのハンブルク大学の天体物理学の教授。 以前に研究された大きな磁場.

星間空間の予備観測では、「私たちが見たすべての場所で、この磁場の構造が明らかになりました」とラザリアン氏は語った。

次にチームは、より小さな銀河グループが衝突するにつれて成長する銀河団に注目しました。これらの合体が起こると、「（クラスター内の）媒質を突き破る」ショックフロントが生成されるとブリュッゲン氏は述べた。磁場がこれらの乱流衝撃波面と相互作用すると、シンクロトロン放射が生成されます。その放射の勾配を観察することで、研究者らは磁場の方向を推測することができ、それが時間の経過とともにこれらのクラスターを構築した合体を反映することになる。

この方法により、ラザリアンは、偏光測定が不可能な構造内の拡散した銀河間空間を含む、巨大な銀河団の広がり全体にわたる磁場を調査することができます。地図を作成するために、チームはエル・ゴルドを含む 6 つの銀河団をターゲットにしました。エル・ゴルドは、直径 2345 万光年にわたる、よく研究された数百の銀河の塊です。彼らはまた、2億光年離れたエイベル3376、約XNUMX億光年離れたエイベルXNUMX、および他のXNUMXつを観察した。

しかし、すべての科学者がこの戦略が磁場の動きを正確に追跡していると確信しているわけではありません。磁気によって引き起こされるシンクロトロン勾配の変化のように見えるものは、単に電子またはガスの密度の変化である可能性があります。この方法は、磁場がねじれたり回転したりする銀河団内の乱流として知られる現象にも依存している。これは「悪名高い複雑な物理プロセス」であると同氏は述べた。 アンドレア・ボッテオン, イタリア国立天体物理学研究所の天体物理学者。

磁気寿命

将来的には、ラザリアン氏は、低周波アレイと呼ばれるヨーロッパの広大な無線ネットワークを使用して、銀河間のフィラメントの磁気をマッピングするために、SIGを使用したいと考えています。これらのフィラメントの磁場がクラスター内にあるように互いに整列している場合、種子磁場からのゆっくりとした出現ではなく、宇宙の磁気構造の原始的な源を示唆している可能性があります。ブリュッゲン氏は、このような配列は、後の宇宙時代に星や銀河が作り出すことは「本質的に不可能」であると述べた。

ブリュッゲン氏は、「私の予感としては、磁場が宇宙の初期に生成されたことが分かるだろう」と語った。

磁気の起源を解明すれば、宇宙の居住可能性について何かがわかるかもしれません。生命そのもの（少なくとも私たちが地球上で知っているもの）は、生命の構成要素に磁性とそのキラリティーへの影響に依存しています。 右利きか左利きか。 「宇宙の始まりに磁場が形成されたとすれば、非常に早い段階でキラリティーを持つ分子を形成することができる」とラザリアン氏は言う。そうすれば、「宇宙の歴史のかなり初期に形成された文明の信号を見ることを期待すべきかどうかという質問をすることができます。」

彼はまた、銀河団内の磁場がいくつかの原因となっている可能性があるとも指摘した。 最高エネルギーの宇宙線 宇宙に浸透していることが知られていますが、その起源はまだ謎に包まれています。 「これらの銀河団が最高エネルギーの宇宙線の発生源であるかどうかについては大きな疑問がある」と同氏は述べ、銀河団内の磁場をマッピングすることがその疑問の解決に役立つ可能性があると述べた。

チームの次の目標は、より遠くにある銀河団を観察することです。エル・ゴルドは巨大ではありますが、宇宙の年齢が 6.5 億光年で、現在の 13.8 億年の年齢の約半分にまで遡ります。今年後半に南アフリカとオーストラリアの1万平方メートルに広がる膨大なアンテナのアレイであるスクエアキロメートルアレイのような今後の電波望遠鏡は、宇宙誕生時に存在した星団にこの種のマッピングを適用するのに十分強力である可能性がある。ちょうど3億歳でした。

「宇宙初期に何が起こったのか見てみたい」 ユエフ、ウィスコンシン大学マディソン校の大学院生であり、この論文の筆頭著者です。

しかし、宇宙における磁気の起源とその答えが持つすべての意味は、この方法を使って一夜にして解決されるわけではありません。 「これはパズルの 1 ピースです」とブリュッゲン氏は語った。 「しかし、それは非常に重要な作品です。」