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[星宇奥秘] 科学家绘制的银河系首张磁场图像

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发表于 2019-12-11 16:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 invensys 于 2019-12-11 16:34 编辑

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银河系有自己的磁场。与地球相比,它非常弱,事实上,地球是它的数千倍。但是天文学家想要了解更多关于它的信息,因为它可以告诉我们关于恒星形成、宇宙射线和许多其他天体物理过程的信息。

来自澳大利亚科廷大学和联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的一组天文学家一直在研究银河系的磁场,他们发表了最全面的银河系磁场三维测量目录。

这篇论文的题目是“利用LOFAR对脉冲星的低频法拉第旋转测量:探测3D星系晕磁场”。该研究结果于2019年4月发表在《皇家天文学会月刊》上。第一作者是夏洛特·索比博士,科廷大学的副教授。这个团队包括来自加拿大、欧洲和南非的科学家。

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该团队与欧洲无线电望远镜LOFAR(即低频阵列)合作。LOFAR的工作频率在250兆赫以下,它由许多天线组成,分布在欧洲1500公里的范围内,其核心在荷兰。

该小组汇集了迄今为止最大的关于磁场强度和脉冲星方向的目录。有了这些数据,他们就能估计出银河系的磁场强度随着距离螺旋臂所在的星系平面的距离而减弱。

第一作者索比说:“我们使用脉冲星来有效地探测星系的三维磁场。脉冲星分布在整个银河系,银河系中介入的物质会影响它们的无线电波发射。”

我们星系中脉冲星和我们之间的自 由电子和磁场会影响脉冲星发出的无线电波。索比博士说:“尽管为了研究脉冲星的信号,这些影响需要被纠正,但它们确实有助于提供我们的星系的信息,否则是不可能获得的。”

当脉冲星的无线电波在星系中传播时,由于其间的自 由电子,它们会受到一种叫做弥散效应的影响。这意味着高频无线电波比低频无线电波到达得更早。LOFAR的数据允许天文学家测量这种差异,称为“色散测量”或DM。DM告诉天文学家在我们和脉冲星之间有多少自 由电子。如果DM值更高,那就意味着脉冲星离我们更远,或者星际介质的密度更大。

这只是测量银河系磁场的因素之一。另一个涉及到电子密度和星际介质的磁场。
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脉冲星的辐射通常是极化的,当偏振光穿过带有磁场的等离子体时,旋转平面就会旋转。这被称为法拉第旋转或法拉第效应,射电望远镜可以测量这种旋转。索比博士说:“这告诉我们自 由电子的数量和平行于视线的磁场强度,以及净方向。绝对RM越大意味着电子越多和/或场强越大,这是由于距离越远或朝向星系平面的距离越大。”

有了这些数据,研究人员就可以通过旋转测量值除以色散测量值,估算出银河系对星表中每颗脉冲星的平均磁场强度。这就是他们创造地图的方式。每一次脉冲星测量都是在地图上的一个点。

那么,将银河系的磁场结构绘制成3D图像有什么好处呢?银河系的磁场影响着各种不同强度和距离尺度的天体物理过程。

磁场决定了宇宙射线的路径。因此,当天文学家研究一个遥远的宇宙射线源时,比如一个活动星系核(AGN),了解磁场的强度可以帮助理解他们的研究对象。

星系的磁场也在恒星形成中起作用。虽然这种效应还没有被完全理解,但磁场的强度可能会影响分子云。正如索比博士说:“在更小的尺度上(以秒为数量级),磁场在恒星形成过程中起着作用,分子云中的磁场太弱或太强,可能会阻止云坍缩成恒星系统。”

这个新的目录是基于对北部天空中137颗脉冲星的观测。作者表示,他们的目录“将现有RM测量的平均精度提高了20倍”。他们还表示,“总的来说,我们最初的低频目录提供了有关银河系磁场三维结构的宝贵信息。”

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但是索比博士还没有完成绘制银河系磁场强度的工作。她现在使用澳大利亚的默奇森·怀德菲尔德阵列来绘制南部天空的磁场。而且这两种测绘工作都在朝着更好的方向发展。

索比博士说:“我未来的工作将集中于利用SKA望远镜进行科学研究,该望远镜目前正进入计划阶段的最后阶段。”SKA科学的一个长期目标是彻底改变我们对银河系的理解,包括绘制一份详细的银河系结构地图(这很困难,因为我们就在银河系内部!),尤其是它的磁场。”

银河系的磁场将无处藏身。

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目前,世界上最大的射电望远镜正处于计划阶段。它称为平方公里阵列(SKA),它将在澳大利亚和南非建造。它的接收站将从其中心核心延伸到3,000公里。它巨大的尺寸和接收器之间的距离将为我们提供所有天文学中最高分辨率的图像。

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