ASKAP 之所以咁把炮,係因為佢有兩樣獨門武功:
呢個原理雖然聽落高深,但其實可以咁樣理解:
當遙遠星系發出嘅線性偏振無線電波,穿過充斥住磁場同游離電子嘅星際空間嘅時候,偏振平面會發生扭轉。扭轉嘅幅度同沿路嘅磁場強度同熱電子密度嘅乘積成正比,並且將成條路徑嘅效應累積起嚟。呢個累積嘅數值就係所謂嘅法拉第旋轉量(Rotation Measure,簡稱 RM) 。
換句話講,科學家只要量度到嚟自唔同方向嘅幾百萬個背景星系嘅 RM 數值,就可以好似做斷層掃描咁,反向推算出宇宙空間入面磁場嘅三維分佈結構。
今次團隊將 RACS 巡天探測到嘅接近 400 萬個星系嘅原始數據重新處理,提取晒所有偏振資訊出嚟。呢個數據集比起上一個先進嘅 RM 目錄大咗成 40 倍,平均每一平方度天空就有 7 個 RM 源,對應嘅有效「分辨率」大約係 23 角分,而量度誤差中位數只有 2.2 rad/m²,精準到得人驚 。
地圖上面清楚見到一條條線性嘅 RM 絲狀結構,貫穿南北兩個銀極,有啲甚至完全橫跨成個銀極區域。呢啲結構同其他望遠鏡睇到嘅中性氫原子或星際塵埃嘅分佈軌跡好相似,暗示磁場可能喺星系尺度嘅物質運輸入面扮演咗重要角色 。
喺銀河系中心附近(銀經 60° 至 270° 範圍),團隊發現咗一個好似拉鏈咁嘅準週期性 RM 圖案,仲要對銀河平面呈反對稱。呢個現象強烈暗示沿視線方向嘅銀河磁場出現過方向倒轉,可能係由銀河系嘅棒狀結構或者中心區域引發嘅 。
另外,同步發表嘅姊妹篇論文仲用咗 SPICE-RACS 嘅 RM 數據,配合 DESI 嘅類星體目錄,搵到有史以來最大嘅類星體 RM 樣本,從中探測到紅移 z ~ 1 位置、即係大約 80 億年前嘅星系周圍,已經存在住磁化嘅「環星系介質」氣體,話畀我哋知磁場喺早期宇宙就已經喺度影響星系點樣「呼吸」物質 。
SPICE-RACS 嘅出現,等於將成個領域由撥號上網一下子升級到光纖寬頻:
| 比較項目 | 以往磁場地圖 | SPICE-RACS DR2 |
|---|---|---|
| 天空覆蓋率 | 唔完整,缺乏南天 | 從南天極至+30°緯度,覆蓋率為過往總和嘅 5 倍 |
| RM 源數量 | ~10 萬個 | ~400 萬個,多咗約 40 倍 |
| 頻寬 | 窄頻,易有歧義 | 寬頻,有效解決法拉第複雜性嘅模糊問題 |
| RM 密度 | 極疏 | 平均每平方度 7 個源 |
簡單講,以前係靠十萬個數據點去估成個天嘅磁場,而家係用四百萬個精準嘅數據點去實實在在咁畫出嚟,當中嘅差距,可謂雲泥之別。
SPICE-RACS 只係一個開始,佢係國際合作計劃「宇宙磁場偏振巡天(POSSUM)」嘅先導產品 。POSSUM 嘅終極目標係利用 ASKAP 製作一個覆蓋成個南天、包含超過 100 萬個 RM 源嘅精密磁場網格,研究銀河系磁場、星系團磁場,甚至宇宙網嘅磁場
。
-長遠嚟講,就等緊終極武器——平方公里陣列(SKA)。SKA 係人類史上最大嘅射電望遠鏡項目,而「宇宙磁場」正正係 SKA 嘅五大核心科學目標之一。預計喺 2030 年前後開始早期運作嘅 SKA,其超高靈敏度將能以前所未有嘅分辨率,描繪出星系盤面、星系中心區域、星系團遺跡,甚至係宇宙網骨架入面嘅磁場結構 。ASKAP 本身就係 SKA 嘅前導項目,佢位於西澳嘅基地,亦都會係 SKA 低頻陣列(SKA-Low)嘅起點
。
可以話,呢張磁場地圖唔單止係一幅圖,更加係揭開咗宇宙磁場觀測學嘅新時代序幕。
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