科學(xué)家利用同步加速器強(qiáng)度梯度繪制了星系團(tuán)中最大的磁場(chǎng)
來源：骨軟筋酥網(wǎng)
時(shí)間：2025-11-23 11:15:24
埃爾戈多星團(tuán)磁場(chǎng)的高分辨率圖像，包括錢德拉X射線圖像（圖像的家利藍(lán)色部分）、美國國家航空航天局JWST紅外圖像（圖像的用同西安外圍（外圍上門）外圍女預(yù)約（電話微信189-4469-7302）一二線城市快速預(yù)約，90分鐘可以到達(dá)背景星系）和測(cè)量的磁場(chǎng)（流線）。來源:uux.cn/錢德拉X射線:美國國家航空航天局/CXC/羅格斯；JWST紅外公司:美國國家航空航天局/歐空局/加空局；磁力線:胡岳。步加
（神秘的速器地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（泰賈斯里·古魯拉杰）：在一項(xiàng)新的研究中，科學(xué)家繪制了星系團(tuán)中的強(qiáng)度磁場(chǎng)地圖，揭示了星系合并對(duì)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的梯度團(tuán)中影響，并挑戰(zhàn)了以前關(guān)于湍流發(fā)電機(jī)過程在放大這些磁場(chǎng)中的繪制效率的假設(shè)。
星系團(tuán)是星系巨大的引力束縛系統(tǒng)，包含眾多星系、科學(xué)熱氣和暗物質(zhì)。家利它們代表了宇宙中一些最龐大的用同西安外圍（外圍上門）外圍女預(yù)約（電話微信189-4469-7302）一二線城市快速預(yù)約，90分鐘可以到達(dá)結(jié)構(gòu)。這些星系團(tuán)可能由數(shù)百到數(shù)千個(gè)星系組成，步加它們被引力束縛在一起，速器并嵌入被稱為星系團(tuán)內(nèi)介質(zhì)（ICM）的強(qiáng)度巨大熱氣暈中。
ICM主要由電離的氫和氦組成，由星團(tuán)自身的引力保持在一起。像星系團(tuán)這樣的大尺度結(jié)構(gòu)中的磁場(chǎng)在塑造天體物理過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們影響ICM，影響星系的形成和演化，促進(jìn)宇宙線傳輸，參與宇宙磁化，并作為大尺度結(jié)構(gòu)演化的示蹤劑。
先前的研究和模擬表明，星團(tuán)內(nèi)的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生演變，表明它們對(duì)星團(tuán)動(dòng)態(tài)的敏感性，并在合并事件中經(jīng)歷放大。
這項(xiàng)發(fā)表在《自然通訊》上的研究使用了一種稱為同步加速器強(qiáng)度梯度（SIG）的方法來繪制星系團(tuán)中的磁場(chǎng)，尤其是在星系合并期間。這種方法為磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)獨(dú)特的視角，并提供了一個(gè)將模擬的數(shù)值預(yù)期與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的工具。
該研究的主要作者，來自UW麥迪遜分校的亞歷克斯·拉扎里安教授向Phys.org講述了他研究星系團(tuán)磁場(chǎng)的動(dòng)機(jī)，他說:“我研究的重點(diǎn)在于了解磁場(chǎng)在天體物理環(huán)境中的作用，特別是在磁化和湍流介質(zhì)中的作用。”
“在過去的二十年里，我與學(xué)生合作廣泛研究了磁湍流和重聯(lián)過程。用于繪制星系團(tuán)磁場(chǎng)的技術(shù)基于多年研究獲得的理論和數(shù)值見解。”
同步加速器強(qiáng)度梯度
同步加速器強(qiáng)度是指帶電粒子（通常是電子）以相對(duì)論速度沿磁力線螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的輻射。這種現(xiàn)象被稱為同步輻射。
SIG方法通過基于同步加速器強(qiáng)度梯度的過程繪制磁場(chǎng)，引入了一種獨(dú)特的視角。應(yīng)用技術(shù)背后的基本原理包括利用磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體之間的相互作用，特別是電離氣體或等離子體。
關(guān)鍵的想法是磁場(chǎng)影響這些流體的運(yùn)動(dòng)，它們對(duì)彎曲的阻力使其更容易辨別方向。拉扎里安教授解釋說:“這些運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了速度梯度，磁場(chǎng)波動(dòng)垂直于磁場(chǎng)。通過測(cè)量這些梯度，人們可以獲得磁場(chǎng)的方向。”
這種方法代表了一種測(cè)量磁場(chǎng)的新方法，是由拉扎里安教授的團(tuán)隊(duì)基于磁流體力學(xué)的基礎(chǔ)研究開發(fā)的。
“它利用了最初被認(rèn)為與磁場(chǎng)研究無關(guān)的數(shù)據(jù)，使我們能夠從為與磁場(chǎng)研究無關(guān)的目的收集的不同檔案數(shù)據(jù)集中得出重要結(jié)果，”拉扎里安教授說。
繪制磁場(chǎng)圖
研究人員獲得了有史以來最大尺度的磁場(chǎng)地圖，特別是在星系團(tuán)內(nèi)的星系暈中。
“我們通過將我們的技術(shù)獲得的磁場(chǎng)方向與基于測(cè)量極化的傳統(tǒng)技術(shù)獲得的磁場(chǎng)方向進(jìn)行比較，確認(rèn)了該技術(shù)的準(zhǔn)確性。拉扎里安教授說:“我們還通過數(shù)值模擬來衡量SIGs的準(zhǔn)確性。”
這項(xiàng)研究表明，SIGs為在前所未有的大尺度上繪制磁場(chǎng)地圖開辟了一條新途徑。磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)揭示了合并星系團(tuán)中等離子體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。
這些發(fā)現(xiàn)對(duì)我們理解星系團(tuán)動(dòng)力學(xué)和演化具有重要意義，為磁場(chǎng)在星系團(tuán)內(nèi)關(guān)鍵過程中的作用提供了獨(dú)特的見解。
克服去極化
在傳統(tǒng)的同步加速器偏振測(cè)量中，除遺跡外，去極化對(duì)繪制星系團(tuán)區(qū)域的磁場(chǎng)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。與其他方法不同，SIGs不受去極化的影響。該研究旨在驗(yàn)證SIGs和極化是否表明存在極化時(shí)的磁場(chǎng)方向相同。
第一作者博士生胡岳與意大利科學(xué)家安娜麗莎·博納費(fèi)德博士和恰拉·斯圖阿迪博士成功測(cè)試了遺跡內(nèi)的磁場(chǎng)測(cè)量，證實(shí)了SIG磁場(chǎng)地圖的可靠性。拉扎里安教授的博士生Ka Wai Ho的流體動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步肯定了地圖的準(zhǔn)確性。
SIGs提供了一種獨(dú)特的方法來解決關(guān)于星系團(tuán)中磁場(chǎng)的起源、演化和影響的長期問題，而無需面對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量所面臨的挑戰(zhàn)。
離子傳導(dǎo)膜中的熱傳導(dǎo)
SIGs還允許研究人員測(cè)試和驗(yàn)證關(guān)于ICM中的熱傳導(dǎo)和冷卻流發(fā)展的現(xiàn)有理論，這是一個(gè)鮮為人知的過程。
“ICM的團(tuán)簇內(nèi)等離子體（完全電離的氣體）中的熱傳導(dǎo)在垂直于磁場(chǎng)的方向上顯著降低。因此，熱量向不同方向傳輸?shù)哪芰θQ于磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。熱導(dǎo)率的變化控制著被熱氣包圍的冷氣流的形成，即所謂的冷卻流，”拉扎里安教授解釋道。
宇宙射線加速
宇宙射線是高能帶電粒子，與星系團(tuán)暈中的磁場(chǎng)發(fā)生強(qiáng)烈相互作用。該論文的合著者吉安弗蘭科·布魯內(nèi)蒂博士是星系團(tuán)中宇宙射線加速過程的主要專家。他對(duì)揭示磁場(chǎng)的早期神秘結(jié)構(gòu)感到興奮。
“眾所周知，星系團(tuán)通過宇宙射線與移動(dòng)磁場(chǎng)的相互作用來加速宇宙射線。這種加速的情況仍不清楚，取決于磁場(chǎng)動(dòng)力學(xué)，”拉扎里安教授說。
此外，宇宙射線遵循磁力線的路徑，這意味著它們從星團(tuán)中逃逸的過程受到這些磁場(chǎng)的特定結(jié)構(gòu)的影響。
現(xiàn)在可以使用SIG技術(shù)繪制星團(tuán)內(nèi)磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)，幫助我們了解宇宙中最大的粒子加速器的運(yùn)行。
總結(jié)想法
SIGs能夠繪制極化信息丟失區(qū)域的磁場(chǎng)，為研究星系團(tuán)的暈以及更大的同步輻射結(jié)構(gòu)（最近發(fā)現(xiàn)的巨型暈）提供了寶貴的見解。
隨著天體物理學(xué)界熱切期待平方公里陣列（SKA）望遠(yuǎn)鏡在2027年投入使用，星系團(tuán)中磁場(chǎng)測(cè)繪的未來看起來很有希望。SKA將為SIG技術(shù)提供同步加速器強(qiáng)度以及極化，Lazarian教授的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的其他技術(shù)可以采用這些技術(shù)來研究天體物理磁場(chǎng)的詳細(xì)3D結(jié)構(gòu)。
拉扎里安教授說:“梯度技術(shù)是更好地理解基本磁流體動(dòng)力學(xué)過程的實(shí)際成果，推動(dòng)我們更深入地研究這些基本過程。雖然基礎(chǔ)研究的好處可能并不總是顯而易見的，但在理解關(guān)鍵物理過程方面的進(jìn)展會(huì)引發(fā)影響科學(xué)和工程許多方面的構(gòu)造變化。”
