星系團(tuán)是宇宙中最大的結(jié)構(gòu)之一，它們可以由數(shù)以千計的星系組成，每個星系都有數(shù)十億顆恒星。由荷蘭萊頓大學(xué)(Leiden University)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組，繪制出九個巨大星系團(tuán)的碰撞圖。

碰撞發(fā)生在70億年前，可以觀察到，因?yàn)樗鼈儗⒘Ｗ蛹铀俚礁咚?。這是第一次研究如此遙遠(yuǎn)星系團(tuán)之間的碰撞，并在《自然·天文學(xué)》期刊上發(fā)表了其研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)星系團(tuán)碰撞合并時，它們之間的粒子被加速到幾乎接近光速。

加速粒子與星系團(tuán)中的磁場接觸時會發(fā)出無線電波，到目前為止，望遠(yuǎn)鏡還不夠強(qiáng)大，不足以接收來自遙遠(yuǎn)碰撞星系團(tuán)的無線電波。但多虧了荷蘭-歐洲LOFAR連接天線網(wǎng)絡(luò)和每個星團(tuán)8小時的“曝光時間”，研究人員第一次能夠從遙遠(yuǎn)的星團(tuán)收集詳細(xì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，除其他外，來自遙遠(yuǎn)碰撞星團(tuán)的射電輻射，比之前預(yù)期的更亮。根據(jù)流行的理論，星團(tuán)射電輻射來源于被湍流運(yùn)動加速的電子。

研究帶頭人、萊頓大學(xué)(荷蘭)博士生加布里埃拉·迪·杰納羅補(bǔ)充說：因此，我們認(rèn)為碰撞引起的湍流和漩渦足夠強(qiáng)大，足以在年輕的宇宙中加速粒子。此外，遠(yuǎn)距離星系團(tuán)的磁場與之前研究的近距離星系團(tuán)磁場一樣強(qiáng)。根據(jù)合著者、磁場專家Gianfranco Brunetti的說法，這是意想不到的：我們還不知道在一個仍然年輕的宇宙中，這些磁場是如何如此強(qiáng)大的，但研究對它們的起源提供了重要限制。預(yù)計未來對遙遠(yuǎn)星團(tuán)的觀測將提供更多洞察，在今天的宇宙中，磁場彌漫在星系團(tuán)中。

根據(jù)法拉第旋轉(zhuǎn)的測量，磁場的強(qiáng)度只有幾個微高斯。觀測到的兆秒級射電發(fā)射，即射電暈和射電遺跡，也提供了星系團(tuán)磁場的證據(jù)。它們通常出現(xiàn)在合并系統(tǒng)中，其特征是具有陡峭的射電頻譜Sν(α<?1，其中Sν∝να和ν是觀測頻率)。人們普遍認(rèn)為，磁流體力學(xué)湍流和沖擊波(Re)加速了宇宙射線，并產(chǎn)生了射電暈和遺跡。星系團(tuán)中磁場的起源和放大還不是很清楚，有人提出，湍流驅(qū)動小規(guī)模發(fā)電機(jī)放大種子磁場（這些磁場是原始的和/或由星系外流注入的，如活動星系核、星暴或星系風(fēng)）。

在高紅移時，由于逆康普頓散射的損失和距離變暗的影響，射電暈預(yù)計會很微弱。此外，很難獲得法拉第旋轉(zhuǎn)測量值。如果檢測到，遙遠(yuǎn)的射電暈提供了研究磁場放大的另一種工具。本研究利用低頻射電陣列觀測，揭示了當(dāng)宇宙只有現(xiàn)在年齡的一半時，大質(zhì)量星系團(tuán)中的彌漫射電發(fā)射，樣本出現(xiàn)比例約為50%。高射電亮度表明這些星系團(tuán)與鄰近星系團(tuán)具有相似的磁場強(qiáng)度，表明在星系團(tuán)形成的第一階段磁場放大速度很快。

博科園｜研究/來自：荷蘭天文研究學(xué)院

參考期刊《自然·天文學(xué)》

DOI: 10.1038/s41550-020-01244-5

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