發現70億年前，9個巨大星系團的碰撞，被加速到幾乎接近光速

2020-11-05 博科園

星系團是宇宙中最大的結構之一，它們可以由數以千計的星系組成，每個星系都有數十億顆恆星。由荷蘭萊頓大學(Leiden University)領導的一個國際研究小組，繪製出九個巨大星系團的碰撞圖。碰撞發生在70億年前，可以觀察到，因為它們將粒子加速到高速。這是第一次研究如此遙遠星系團之間的碰撞，並在《自然·天文學》期刊上發表了其研究發現，當星系團碰撞合併時，它們之間的粒子被加速到幾乎接近光速。

加速粒子與星系團中的磁場接觸時會發出無線電波，到目前為止，望遠鏡還不夠強大，不足以接收來自遙遠碰撞星系團的無線電波。但多虧了荷蘭-歐洲LOFAR連接天線網絡和每個星團8小時的「曝光時間」，研究人員第一次能夠從遙遠的星團收集詳細數據。數據顯示，除其他外，來自遙遠碰撞星團的射電輻射，比之前預期的更亮。根據流行的理論，星團射電輻射來源於被湍流運動加速的電子。

研究帶頭人、萊頓大學(荷蘭)博士生加布裡埃拉·迪·傑納羅補充說：因此，我們認為碰撞引起的湍流和漩渦足夠強大，足以在年輕的宇宙中加速粒子。此外，遠距離星系團的磁場與之前研究的近距離星系團磁場一樣強。根據合著者、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大的，但研究對它們的起源提供了重要限制。預計未來對遙遠星團的觀測將提供更多洞察，在今天的宇宙中，磁場瀰漫在星系團中。

根據法拉第旋轉的測量，磁場的強度只有幾個微高斯。觀測到的兆秒級射電發射，即射電暈和射電遺蹟，也提供了星系團磁場的證據。它們通常出現在合併系統中，其特徵是具有陡峭的射電頻譜Sν(α<−1，其中Sν∝να和ν是觀測頻率)。人們普遍認為，磁流體力學湍流和衝擊波(Re)加速了宇宙射線，並產生了射電暈和遺蹟。星系團中磁場的起源和放大還不是很清楚，有人提出，湍流驅動小規模發電機放大種子磁場（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）。

在高紅移時，由於逆康普頓散射的損失和距離變暗的影響，射電暈預計會很微弱。此外，很難獲得法拉第旋轉測量值。如果檢測到，遙遠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，揭示了當宇宙只有現在年齡的一半時，大質量星系團中的瀰漫射電發射，樣本出現比例約為50%。高射電亮度表明這些星系團與鄰近星系團具有相似的磁場強度，表明在星系團形成的第一階段磁場放大速度很快。

博科園｜研究/來自：荷蘭天文研究學院

參考期刊《自然·天文學》

DOI: 10.1038/s41550-020-01244-5

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