Kosmiczny magnetyzm odsłonięty: Powstała największa mapa pola magnetycznego Wszechświata

Wszechświat jest przesiąknięty niewidzialnymi polami magnetycznymi, które wpływają na to, jak rodzą się i ewoluują galaktyki, jak przepływa materia w kosmicznej pustce i jak rozkłada się energia. Przez ostatnie 20 lat astronomowie badali ten kluczowy, lecz nieuchwytny element kosmosu, opierając się na zasadniczo tym samym, ograniczonym zestawie danych, który nie obejmował nawet całego nieba południowego . Ten stan rzeczy właśnie zmienił się radykalnie.

Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z australijskiej agencji CSIRO oraz Obserwatorium SKA (SKAO) opublikował SPICE-RACS (ang. Spectra and Polarisation in Cutouts of Extragalactic Sources from the Rapid ASKAP Continuum Survey) – największą i najbardziej szczegółową mapę magnetyczną Wszechświata, jaką kiedykolwiek stworzono. Praca, której pierwszym autorem jest dr Alec Thomson, została przyjęta do publikacji w czasopiśmie Publications of the Astronomical Society of Australia .

Czym jest mapa SPICE-RACS?

SPICE-RACS to bezprecedensowy atlas ukrytego magnetyzmu kosmosu. Opublikowana 4 czerwca 2026 roku, jest pięciokrotnie większa niż wszystkie poprzednie mapy razem wzięte i pokrywa całe niebo od południowego bieguna niebieskiego aż do deklinacji +30° . Nie jest to jednak zwykłe zdjęcie. To siatka pomiarów rotacji Faradaya (RM), która działa jak kosmiczny kod kreskowy, ujawniający siłę i strukturę pól magnetycznych na drodze fal radiowych.

Jak ją stworzono? ASKAP i kluczowa rola rotacji Faradaya

Sercem tego osiągnięcia jest radioteleskop ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), należący do CSIRO i znajdujący się w Obserwatorium Radioastronomicznym Murchison w Australii Zachodniej, na terenach rdzennej ludności Wajarri Yamaji . To właśnie unikalne możliwości ASKAP umożliwiły ten przełom:

• Szerokie pole widzenia i system obrotowych czasz antenowych, pozwalające na szybkie i głębokie skanowanie olbrzymich obszarów nieba .
• Zespół wykorzystał dane z trzeciej serii obserwacji przeglądu RACS (Rapid ASKAP Continuum Survey) na niskim paśmie (RACS-low3), prowadzonego na częstotliwości centralnej 887,5 MHz . Szerokie pasmo (800–1087 MHz) i precyzyjny podział na kanały częstotliwości ASKAP są kluczowe dla pomiaru subtelnego zjawiska zwanego rotacją Faradaya .

Zasada działania jest następująca: gdy spolaryzowana liniowo fala radiowa z odległej galaktyki przelatuje przez namagnesowaną plazmę międzygwiezdną i międzygalaktyczną, jej płaszczyzna polaryzacji ulega skręceniu. Wielkość tego skrętu (właśnie miara rotacji Faradaya, RM) jest proporcjonalna do iloczynu natężenia pola magnetycznego i gęstości swobodnych elektronów wzdłuż całej linii widzenia . Mierząc RM dla każdego wykrytego źródła spolaryzowanego, naukowcy byli w stanie zrekonstruować, gdzie znajdują się pola magnetyczne i jaka jest ich relatywna siła .

W tym celu zebrano pomiary RM z prawie 4 milionów galaktyk – to zbiór danych 40 razy większy niż poprzedni stan wiedzy – i ponownie przetworzono surowe dane z ASKAP, aby odzyskać pełny obraz polaryzacji . Uzyskana gęstość źródeł RM wynosi średnio ~7 na stopień kwadratowy, co odpowiada efektywnej „rozdzielczości” siatki magnetycznej około 23 minut kątowych, z medianą błędu RM wynoszącą zaledwie 2,2 rad/m² .

Co ujawnia mapa? Kosmiczna „pajęczyna” i magnetyczne struktury

SPICE-RACS odsłoniła przed nami niewidzialną kosmiczną sieć magnetycznych struktur, obserwowaną po raz pierwszy w takiej skali i z taką szczegółowością .

• Galaktyczne włókna magnetyczne: Mapa z ogromną precyzją ukazuje uderzające, liniowe włókniste struktury RM rozciągające się w poprzek północnego i południowego bieguna Galaktyki. Przypominają one struktury obserwowane w obojętnym wodorze i pyle międzygwiazdowym .
• Wzór „zamka błyskawicznego” wzdłuż płaszczyzny Drogi Mlecznej: W pobliżu wewnętrznych rejonów naszej Galaktyki zespół odkrył quasi-periodyczny, antysymetryczny wzór RM względem płaszczyzny galaktycznej. Sugeruje to odwrócenia linii pola magnetycznego wzdłuż linii widzenia – być może powiązane z poprzeczką lub centrum Galaktyki .
• Pozostałość po supernowej G353-34: Wyraźnie rozdzielono wielki pierścień o zwiększonej rotacji Faradaya, obserwowany wcześniej jedynie w rozproszonej polaryzacji dekady temu .
• Oddziaływanie Obłoków Magellana: Mapa dostarcza kontekst magnetyczny dla interakcji między Drogą Mleczną a jej satelitami, Wielkim i Małym Obłokiem Magellana .
• Namagnesowany gaz wokółgalaktyczny we wczesnym Wszechświecie: W towarzyszącej publikacji wykorzystano dane z SPICE-RACS i przeglądu kwazarów DESI, kompilując największą w historii próbkę linii widzenia kwazarów z towarzyszącymi absorberami magnezu (Mg II). Ujawniło to obecność namagnesowanego gazu wokół odległych galaktyk, gdy Wszechświat miał około 6 miliardów lat (przesunięcie ku czerwieni z ~ 1) .

Koniec z epoką jednego zestawu danych

Profesor Naomi McClure-Griffiths, Główny Naukowiec SKAO, podkreśliła przełomowy charakter tej pracy: „Przez ostatnie 20 lat astronomowie pracowali z zasadniczo tym samym zestawem danych”, który nie obejmował nawet całego nieba południowego . SPICE-RACS radykalnie zmienia tę sytuację.

Porównanie z poprzednimi mapami wyraźnie pokazuje skalę postępu:

• Pięciokrotnie większy obszar nieba niż wszystkie wcześniejsze mapy razem wzięte .
• ~40 razy więcej źródeł (prawie 4 miliony, w porównaniu do około 100 000 w poprzednich katalogach RM) .
• Pełne pokrycie nieba południowego po raz pierwszy .
• Precyzja szerokopasmowych pomiarów RM, która eliminuje niejasności związane z tzw. złożonością Faradaya, nękające wcześniejsze, wąskopasmowe przeglądy .

Przyszłość badań kosmicznego magnetyzmu: POSSUM i SKA

SPICE-RACS jest wstępnym, choć niezwykle imponującym, produktem współpracy POSSUM (Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism) . Ten międzynarodowy projekt ma trzy główne cele: (1) stworzenie gęstej siatki pomiarów RM na obszarze ~30 000 stopni kwadratowych, (2) badanie pól magnetycznych Drogi Mlecznej oraz (3) badanie zewnątrzgalaktycznych pól magnetycznych w galaktykach, gromadach i kosmicznej sieci .

W najbliższych latach, współpraca POSSUM będzie tworzyć jeszcze lepsze mapy, wykorzystując głębsze obserwacje ASKAP, dodając pokrycie w częstotliwości i czułości .
W dalszej perspektywie, gdy w tej dekadzie rozpoczną wczesne operacje teleskopy Square Kilometre Array (SKA), naukowcy będą mogli mapować pola magnetyczne kosmicznej sieci z nieskończenie większą szczegółowością . Sam ASKAP jest prekursorem technologicznym SKA, a jego lokalizacja w Australii Zachodniej jest jednocześnie miejscem budowy teleskopu SKA-Low .

Szersze znaczenie odkrycia

To osiągnięcie przekształca fundamentalny, nierozwiązany problem – pochodzenie i rolę pól magnetycznych w kosmicznej historii – z zagadnienia niemal nierozwiązywalnego w zagadnienie dostępne empirycznie. Pola magnetyczne wpływają na wzrost galaktyk, ruch materii w przestrzeni i ewolucję Wszechświata na przestrzeni miliardów lat . Nowe dane otwierają drzwi do odpowiedzi na pytania, które jeszcze niedawno wydawały się być poza zasięgiem nauki: „Kiedy we Wszechświecie pojawiły się pierwsze pola magnetyczne?” i „Jak pola magnetyczne w kosmicznej sieci wpływają na formowanie się galaktyk?” . Co więcej, wszystkie dane są swobodnie dostępne w portalu danych CSIRO, umożliwiając globalnej społeczności naukowej powtarzanie wyników i dokonywanie nowych odkryć .

Mapa SPICE-RACS to coś więcej niż tylko atlas – to nowy fundament, na którym astrofizyka będzie się opierać przez kolejne dekady.