Раскрыта магнитная паутина космоса: самая детальная карта Вселенной SPICE-RACS

Почему это так важно? Представьте, что двадцать лет ученые пытались составить карту погоды на огромном континенте, имея всего несколько десятков метеостанций. SPICE-RACS — это моментальное развертывание густой сети из миллионов датчиков, которая наконец позволяет увидеть все детали и «ураганы» магнитного поля .

Как «увидеть» невидимое: магия эффекта Фарадея

Главный инструмент для этого открытия — австралийский радиотелескоп ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), расположенный в обсерватории CSIRO в Западной Австралии. Этот телескоп — настоящий прототип будущего: он является предшественником гигантского международного проекта Square Kilometre Array (SKA) .

Сам процесс можно представить так: от далеких галактик к нам сквозь космическое пространство летят радиоволны. Во Вселенной они проходят через облака намагниченной плазмы. Когда линейно поляризованная волна пересекает такую область, плоскость ее поляризации начинает вращаться. Угол поворота напрямую зависит от того, насколько сильно магнитное поле и какова плотность свободных электронов на пути луча. Это физическое явление называется эффектом (или вращением) Фарадея .

Телескоп ASKAP измерил эту величину для миллионов фоновых галактик, выступающих в роли «лампочек». Анализируя, как повернулась поляризация каждой «лампочки», астрономы смогли вычислить силу и направление магнитного поля вдоль каждого луча зрения. Объединив почти 4 миллиона таких измерений, они построили беспрецедентно детальную карту магнитного «рельефа» .

Какие тайны раскрыла карта

Собранный массив данных позволил разглядеть структуры, о существовании которых лишь догадывались.

Магнитная паутина в полюсах Галактики. На новой карте отчетливо видны линейные нитевидные структуры, протянувшиеся через Северный и Южный полюса нашего Млечного Пути. Их расположение удивительным образом напоминает карты распределения межзвездной пыли и нейтрального водорода, что указывает на их глубокую связь .

Загадочный «зиппер» в центре Млечного Пути. Вдоль плоскости Галактики ученые обнаружили странный, почти периодический и антисимметричный рисунок магнитного поля, напоминающий застежку-молнию. Эта аномалия, получившая название «зиппер-эффект» (zipper-like RM pattern), может указывать на смену направления магнитного поля по лучу зрения и быть связана с влиянием галактического бара или процессов в самом центре Млечного Пути .

Следы грандиозных столкновений. Карта дает уникальный контекст для понимания взаимодействия нашей Галактики с ее соседями — Большим и Малым Магеллановыми Облаками. Магнитные поля играют ключевую роль в том, как эти галактики обмениваются веществом и сливаются .

Более того, сопутствующие исследования уже используют данные SPICE-RACS для новых открытий. Например, рекордная выборка из 2483 квазаров позволила впервые напрямую подтвердить наличие сильных магнитных полей в окологалактическом газе (CGM) на огромных расстояниях, в эпоху, когда Вселенная была вдвое моложе .

Сравнение с прошлым: квантовый скачок

Чтобы оценить прорыв, достаточно его количественных характеристик:

• Охват: Карта покрывает всю южную небесную сферу, от Южного полюса до склонения +30° .
• Масштаб: Она в 5 раз больше всех предыдущих карт, выпущенных за последние два десятилетия .
• Объем данных: Содержит почти 4 миллиона источников — это в 40 раз больше, чем было раньше .
• Точность: Средняя погрешность измерения вращения Фарадея составляет всего 2,2 рад/м² при плотности около 7 источников на квадратный градус неба .

Как сказала профессор Наоми МакКлюр-Гриффитс из SKAO, последние 20 лет астрономы по сути работали с одним и тем же неполным набором данных, который даже не включал южное небо. Теперь эта монополия разрушена, и у исследователей появился инструмент, который определит развитие науки о космическом магнетизме на десятилетия вперед .

Что дальше: на пути к Квадратно-Километровой Решетке

SPICE-RACS — это лишь первый, хотя и грандиозный результат работы коллаборации POSSUM (Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism). Этот международный проект использует ASKAP для проведения самого масштабного в истории обзора магнитных полей Вселенной .

В ближайшие годы коллаборация POSSUM продолжит улучшать карты, добавляя новые, более глубокие наблюдения на ASKAP .

Но главная цель впереди. Когда в конце этого десятилетия заработает полномасштабный радиотелескоп SKA (Square Kilometre Array), на порядок более чувствительный, чем ASKAP, астрономы получат возможность изучать магнитные поля в дисках и ядрах галактик, а также в реликтах галактических скоплений с недостижимым ранее разрешением . Космический магнетизм является одной из пяти главных научных задач проекта SKA, и австралийская площадка ASKAP сегодня — это место, где строится и низкочастотная часть будущей гигантской решетки (SKA-Low) .

Данные SPICE-RACS уже находятся в открытом доступе через портал CSIRO. Это означает, что любой астроном в мире может использовать их для своих исследований. Возможно, главные открытия, связанные с этой картой, еще впереди. Мы стоим на пороге ответов на фундаментальные вопросы: когда во Вселенной впервые появились магнитные поля и как именно они управляют рождением и ростом галактик?