又一新里程碑:我国科学家在银河系晕中发现一巨大磁环

IT之家 5 月 14 日消息,中国科学院国家天文台徐钧博士和韩金林研究员通过观测大批量脉冲星和银河系外射电源的法拉第旋转效应,测量出银河系盘区的大尺度磁场结构,发现银盘中的大尺度磁场的方向是沿着旋臂,并在旋臂之间翻转。官方表示,该研究结果是银河系整体磁场研究的新里程碑。

这对宇宙线粒子的传播、星系气体的动力学和宇宙磁场演化等研究提供了至关重要的观测结果。相关成果已发表于国际学术期刊《天体物理学报》(IT之家附 DOI:10.3847/1538-4357/ad3a61)。

▲ 银河系的晕中巨大的磁环结构示意图,图源:国家天文台

宇宙磁场的起源和演化是天体物理学中一个长期悬而未决的重大难题,是很多大射电望远镜项目包括未来平方公里阵列射电望远镜(SKA)在内的立项优先课题。世界各大射电望远镜都在发展和提升偏振测量能力,希望在这个方向上发力。其中,测量银河系的大尺度磁场结构是一个相当具有挑战性的工作。

韩金林研究员开拓了该研究领域,过去三十年一直深耕于银河系磁场的研究。他通过观测大批量脉冲星和河外射电源的法拉第旋转效应,测量出银河系盘区的大尺度磁场结构,发现银盘中的大尺度磁场的方向是沿着旋臂,并在旋臂之间翻转。在银晕区域,韩金林等人早在 1997 年就率先认证出法拉第旋转效应在内银河天空具有反对称的符号分布,说明了银盘上下的银晕里具有方向相反的环向磁场结构。国际同行专家综述评价该结果非常震撼,后续被更多数据证实,为国际天文界广泛采纳,成为银河系磁场结构模型的基本内容,也被写入多本国际经典教科书。

然而,关于银晕磁环结构的大小和强度二十多年来一直难以测量。因为靠近太阳的银晕区域的脉冲星和其他天体也表现出法拉第效应的反对称分布,国际上一些学者揣测法拉第反对称天空是否由太阳附近银河系局部区域的星际介质主导产生的。

那么,这个磁环究竟是在整个银晕中存在,还是仅仅在局部区域产生?银晕磁环的强度和大小究竟如何?

韩金林创新性提出将太阳附近的脉冲星法拉第旋率测量值作为本地星际介质的贡献从河外射电源法拉第效应天空分布的数值中扣除,这样就可以得到巨大银晕的法拉第旋转效应分布。此外,徐钧博士收集了所有相关的数据,同时也凭借中国天眼 FAST 测量了很多暗弱脉冲星。

他们按照这个想法处理完数据后发现,全部天空的平均法拉第效应呈现出对银道坐标的反对称分布,并且反对称分布不再局限于内银河区域,而是充满全部天空,从银河系中心区域一直延伸到其相反的方向。

这个更加震撼的结果说明:银晕中的磁环从离银河系中心 6 千光年一直延伸到 5 万光年(太阳大约在 3 万光年)。

很显然,太阳附近的局部区域的星际介质也是巨大的磁环的一部分,其基本性质和表征与大磁环基本一致,但因为深入银盘而使其效应表现得更强。


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