首次探测到几光年的星系磁场，距离我们才15000光年！

gating

星系磁场在星系演化中扮演着重要角色，但其小尺度行为仍鲜为人知，它是否渗透到星系光晕也是未知的。通过利用对晕球状星团47TUC中脉冲星的观测，由马克斯·普朗克射电天文研究所的费德里科·阿巴特领导一个国际研究小组，在米兰双科大学和卡利亚里INAF-天文台开始了这项研究，首次探测几光年尺度的星系磁场，并在星系团的方向发现了一个意想不到的强磁场。


这个磁场垂直指向星系盘，可以通过与星系风的相互作用来解释。这是一种磁化的流出，从星系盘延伸到周围的光晕，它的存在以前从未被证明过，其研究发现发表在《自然天文学》期刊上。
47Tucanae通常被称为47TUC，是一个壮观的球状星团，肉眼可以在靠近小麦哲伦云南部天空看到。1990年澳大利亚帕克斯64米射电望远镜发现了这个星团中的第一颗脉冲星，不久之后，又发现了更多的脉冲星。


目前在47TUC中已知有25颗脉冲星，因此这个研究非常充分的球状星团也成为脉冲星天文学家最关注的星团之一。脉冲星是周期性的源，能让天文学家测量所谓的色散测量，即单个脉冲在不同频率到达时间的延迟。
这一延迟与脉冲星到地球路径上的自由电子密度成正比。来自马克斯·普朗克射电天文研究所(MPIfR)的保罗·弗莱雷(Paulo Freire)在47TUC上领导了一系列研究项目：2001年就注意到星团远侧的脉冲星，比近侧脉冲星有更高的色散测量，这意味着星团中存在气体。


让47TUC更加有趣的是，这个星系团距离我们约15000光年，位于银晕中相对未受干扰的区域。这个光晕围绕着星系盘，容纳着极少的恒星和极少量气体。
研究的主要作者、目前在MPIfR工作的费德里科·阿巴特(Federico Abbate)说：这个星团中的脉冲星，也可以让我们对银河晕中磁场的大尺度几何学有一个独特、前所未有的洞察。了解银河系磁场的几何形状和强度，对于描绘一幅完整的银河系图景至关重要。


磁场可以影响恒星的形成，调节高能粒子的传播，并帮助建立星系规模的气体从盘状流出到周围光晕的存在。尽管它们很重要，但银河系晕中磁场的大尺度几何形状并不完全清楚。
磁场不能直接观测到，但科学家们利用磁场对渗透在星系盘上的低密度等离子体的影响。在这种等离子体中，电子从原子核中分离出来，它们的行为就像小磁铁一样。电子被磁场吸引，被迫绕磁力线运行，发出被称为同步辐射的辐射。


除了发射自己的辐射外，自由电子还会在通过等离子体的极化辐射上留下一个特殊信号。极化辐射的电磁场总是在同一方向振荡，磁化介质中的电子，会以不同频率旋转这个方向不同的量。
这种效应被称为法拉第旋转，只能在无线电频率下测量。偏振射电发射的观测，很好地约束了等离子体足够密集星系盘中的磁场。然而，在银河晕中，等离子体密度太低，无法直接观察到这些效应，由于这个原因，光晕中磁场的几何形状和强度是未知的。


模型预测它可能平行于星系盘，也可能垂直于星系盘。在其他星系中观察到的结果表明，存在从星系盘面到晕的磁化外流，也可以解释银河系中的漫反射X射线发射。
对47TUC脉冲星的观测，也是用澳大利亚的帕克斯射电望远镜观测，能够测量它们的偏振射电发射和法拉第旋转。这些数据揭示了球状星团中磁场的存在，其强度令人惊讶，事实上，其强大到不能由球状星团本身维持，而是需要位于星系晕中的外部来源。


磁场方向与星系风的方向是相容的，垂直于星系盘，而星系风和星系团的相互作用形成激波，将磁场放大到观测值。研究揭示了一种研究星系晕磁场的新技术，这个星系团是用南非猫鼬射电望远镜进行观测的完美目标。
INAF-Cagliari天文台的Andrea Posseni与MPIfR一起参与了球状星团脉冲星的研究，在不久的将来，Meerkat望远镜将极大地改善偏振测量，并可能不仅证实星系风的存在，而且还会发现更性质。


博科园｜研究/来自：马克斯·普朗克学会
参考期刊《自然天文学》
博科园｜科学、科技、科研、科普