라디오 지도를 통해 우주 최대의 자기장 발견 | 콴타 매거진

거대한 은하단 내부에 숨겨진 자기장의 지도를 만듦으로써 천문학자들은 우주 자기의 기원을 찾는 데 점점 더 가까워지고 있습니다.

“이것은 전례 없는 대규모 자기장의 상세한 구조를 보여주는 최초의 지도입니다.”라고 말했습니다. 알렉상드르 라자리안, 매디슨 소재 위스콘신 대학교의 천문학자이자 지도를 설명하는 논문의 공동 저자입니다. 오늘에 출판 자연 통신.

Lazarian과 그의 동료들은 각각 수백만 광년에 걸쳐 있는 5개의 은하단을 연구했습니다. 그들은 그가 고안한 싱크로트론 강도 구배(SIG) 매핑이라는 기술을 사용하여 지도를 만들었습니다. 이 기술은 무선 관측을 통해 클러스터의 자기장이 특정 위치를 가리키는 방향을 알아내는 데 사용됩니다. 연구진은 클러스터 전체에 동일한 기술을 적용함으로써 자기장의 완전한 지도를 구축할 수 있다고 말합니다. 만약 확인된다면 그 결과는 거대한 구조물에서 이전에 감지되지 않았던 자기장 질서가 있다는 것을 보여줄 것입니다.

자기력은 우주 어디에나 존재합니다. 우리는 지구상의 가장 작은 규모부터 별과 성간 물질과 같은 우주 구조를 조각하는 우주의 가장 큰 규모까지 그것을 봅니다. 자성은 또한 우리가 알고 있는 생명체에 매우 중요하며, 분자 수준에서 키랄성에 영향을 미치고 지구를 둘러싸는 보호막을 만듭니다. 그러나 대답되지 않은 큰 질문은 다음과 같습니다. 우주 자기가 발생한 곳. 일부 과학자들은 다른 근본적인 힘과 함께 빅뱅 이후 첫 순간에 자성이 발생한다는 원시적 설명을 선호합니다. 다른 사람들은 수억 년 후에 발생하고 별이나 은하와 같은 물체에 의해 생성된 종자 자기장에서 자라는 자성을 가지고 늦게 도착하는 것을 선호합니다.

이 새로운 매핑 기술은 천문학자들이 가장 큰 규모의 자기장을 비교할 수 있게 함으로써 솔루션을 제공할 수 있습니다. 그러나 이 기술은 그 자체의 한계를 갖고 있으며 대규모 자기 분야에서는 다소 논란의 여지가 남아 있습니다.

"만약 그것이 작동한다면, 그것은 하늘의 매우 넓은 영역에 걸쳐 자기장을 매핑하는 관측적으로 매우 저렴한 방법을 제공합니다."라고 말했습니다. 케이트 패틀, University College London의 천체 물리학 자.

우주 지도 제작

과학자들은 일반적으로 싱크로트론 방사선을 연구하여 우주 자기장을 찾습니다. 라디오 방출 자기장이 빛의 속도에 가깝게 이동하는 전자의 경로를 구부리면서 생성됩니다. 이러한 관측은 또한 자기장의 방향을 밝히기 위해 무선 방출의 방향(편파)을 사용할 수도 있습니다. 그러나 편광 측정은 시간이 많이 걸리며 은하단의 밀도가 높고 먼지가 많은 지역에서 가장 잘 작동합니다.

약 7년 전, 라자리안은 방법이 떠올랐다 자기장의 방향을 밝히기 위해 싱크로트론 방출만 사용합니다. 분극이 필요하지 않습니다. 이 기술은 우주를 가로질러 이동할 때 전파 방출의 강도 변화에 대한 관찰, 즉 연구자들이 그라디언트(gradient)라고 부르는 것을 사용합니다.

“밝기의 변화, 즉 이미지가 더 희미해지거나 밝아지는 방향은 자기장과 관련이 있습니다.”라고 말했습니다. 마커스 브뤼겐독일 함부르크대학교 천체물리학 교수 이전에 연구된 큰 자기장.

성간 공간에 대한 예비 관측에서 “우리가 [보는] 모든 곳에서 우리는 이 자기장 구조를 드러냈습니다.”라고 Lazarian은 말했습니다.

그런 다음 팀은 더 작은 은하 그룹이 충돌하면서 성장하는 은하단으로 전환했습니다. 이러한 합병이 발생하면 "[클러스터 내] 매체를 통과하는" 충격 전선이 생성된다고 Brüggen은 말했습니다. 자기장이 난류 충격 전선과 상호 작용하면 싱크로트론 방출이 생성됩니다. 방출의 기울기를 관찰함으로써 연구자들은 자기장의 방향을 추론할 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 이러한 클러스터를 구축한 병합을 반영합니다.

이 방법을 사용하면 Lazarian은 편광 측정이 불가능한 구조 내의 확산된 은하간 공간을 포함하여 거대한 은하단의 넓은 범위에 걸쳐 자기장을 조사할 수 있습니다. 지도를 만들기 위해 팀은 6만 광년에 걸쳐 뻗어 있는 수백 개의 은하 덩어리인 엘 고르도(El Gordo)를 포함하여 2345개의 은하단을 목표로 삼았습니다. 그들은 또한 2억 광년 떨어진 아벨 3376, 약 XNUMX억 광년 떨어진 아벨 XNUMX, 그리고 다른 두 개를 관찰했습니다.

그러나 모든 과학자들이 이 전략이 자기장의 움직임을 정확하게 추적한다고 확신하는 것은 아닙니다. 자기에 의한 싱크로트론 구배의 변화처럼 보이는 것은 단지 전자나 가스 밀도의 변화일 수도 있습니다. 이 방법은 또한 자기장이 뒤틀리고 함께 회전하는 은하단의 난류 현상에 의존합니다. 이는 "악명 높게 복잡한 물리적 과정"이라고 말했습니다. 안드레아 보테온, 이탈리아 국립 천체 물리학 연구소의 천체 물리학 자.

자기 수명

앞으로 Lazarian은 기술이 유지된다면 SIG를 사용하여 저주파 어레이(Low-Frequency Array)라고 불리는 광대한 유럽 무선 네트워크를 사용하여 은하 사이의 필라멘트의 자성을 매핑하기를 원합니다. 필라멘트의 장이 클러스터에 있는 것처럼 서로 정렬되어 있다면 종자 자기장에서 천천히 출현하기보다는 우주 자기 구조의 원시 소스를 암시할 수 있습니다. 이러한 정렬은 후기 우주 시대에 별과 은하가 생성하는 것이 "본질적으로 불가능"할 것이라고 Brüggen은 말했습니다.

브뤼겐은 “내 직감으로는 우주 초기에 자기장이 생성되었다는 사실을 알게 될 것”이라고 말했습니다.

자기의 기원을 알아내는 것은 우리에게 우주의 거주 가능성에 관해 뭔가를 말해 줄 수 있습니다. 생명 자체(적어도 우리가 지구에서 알고 있는 것처럼)는 생명의 구성 요소에 오른손잡이 또는 왼손잡이. “만약 우주가 시작될 때 자기장이 형성되었다면 아주 일찍부터 키랄성을 지닌 분자를 형성할 수 있을 것입니다.”라고 Lazarian은 말했습니다. 그러면 “우리는 우주 역사 초기에 형성된 문명의 신호를 볼 수 있을 것으로 기대해야 하는지에 대한 질문을 던질 수 있습니다.”

그는 또한 은하단의 자기장이 일부 현상의 원인이 될 수 있다고 지적했습니다. 최고 에너지 우주선 우주에 퍼져 있는 것으로 알려져 있으며, 여전히 신비한 기원을 가지고 있습니다. “이러한 은하단이 가장 높은 에너지를 지닌 우주선의 원천이 될 수 있는지에 대한 큰 의문이 있습니다.”라고 그는 말했습니다. 은하단 내의 필드를 매핑하면 그 질문을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

팀의 다음 목표는 더 멀리 떨어져 있고 시간을 거슬러 올라가는 은하단을 관찰하는 것입니다. 엘 고르도는 거대하기는 하지만 우주의 나이가 6.5억 광년이었을 때까지 거슬러 올라갑니다. 이는 현재 나이인 13.8억 년의 절반 정도입니다. 향후 1년 후반에 남아프리카와 호주의 3만 평방미터에 걸쳐 펼쳐질 광대한 안테나 배열인 평방 킬로미터 배열(Square Kilometer Array)과 같은 다가오는 전파 망원경은 이러한 유형의 매핑을 우주가 탄생할 때 존재했던 성단에 적용할 수 있을 만큼 충분히 강력할 수 있습니다. 나이는 고작 XNUMX억 살이었습니다.

“초기 우주에서 무슨 일이 일어났는지 보고 싶습니다.” 후위에, 매디슨 위스콘신 대학교 대학원생이자 논문의 주요 저자입니다.

그러나 우주 자기의 기원과 그에 대한 모든 의미는 이 방법을 사용하여 하루아침에 해결되지는 않습니다. Brüggen은 "이것은 퍼즐의 한 조각입니다."라고 말했습니다. "그러나 그것은 매우 중요한 부분입니다."