北京
你有没有想过,天文学家花224个小时盯着一片天空,到底在看什么?最近他们用欧洲LOFAR射电望远镜干了一件挺"壕"的事:给一个叫Abell 2255的星系团拍了一张史上最深的射电影像,然后首次还原了整个星系团——从中心到外围——的磁场形状。说人话就是,他们终于看清了这个宇宙巨型结构的"磁力线地图"。
这个星系团本身离我们大约十亿光年,几百万光年那么宽,在射电波段一直是个"复杂得要命"的鬼地方。具体有多复杂呢?里面有大量的电子以接近光速在跑,然后跟星系团本身的磁场纠缠在一起,产生了弥漫又巨大的无线电辐射。以前大家都知道这东西存在,但没本事看清整体磁场到底是怎么排布的,像用近视眼盯着雾里看花。这次不一样了,LOFAR贡献了史上最深度的观测,加上一套新的数据分析技巧,研究人员才第一次把那些若隐若现的磁力线给"挖"了出来。
结果一出来,团队发现一件挺打脸的事:以前以为磁场分布大概率是随机的,结果人家根本不乱来,而是被星系团形成时的气体运动给"带节奏"了。用项目负责人、意大利国家天体物理研究所的Andrea Botteon的说法就是,"磁力线的形态跟它所在气体的动力学紧密相关,磁场会被星系团形成时的运动拉扯或压缩。"
换成大白话,你可以把这个星系团想象成一团正在揉的面团。气体在翻涌、挤压、拉伸,而磁场就像面团里的面筋纹路,跟着一起被扯成特定方向或挤成一团。观测也证实了这点——在某些区域,磁场线沿着延展的射电辐射径向排列;而在另一些区域,则呈现出压缩后的零乱感。
这件事本身可能让你觉得"嗯挺有意思",但真正好玩的地方在后面。天文学家盯上这个,不是为了画一幅漂亮的宇宙装饰画,而是想搞清楚两个根本问题:第一,那些电子到底是怎么被加速到接近光速的;第二,宇宙尺度上的磁场是怎么被放大的。Botteon自己说得也很直白:"我们相信,触发这些巨型射电辐射的机制,与星系团的形成过程有关。"
注意他的措辞——"我们相信"、"有关"。这代表什么?代表这不是一个已经被证实死的结论,而是一个正在被拼凑的拼图。目前团队能判断出磁场形态受气体运动影响,但对于"电子加速"这个最刺激的环节,现在只能说"可能跟星系团形成有关"。科学圈不喜欢吹牛,有几分证据说几分话。这次的224小时观测,就相当于往那块拼图里扔了一块关键碎片。
而且这事还有一层提醒。你看到的那些射电辐射,实际上是电子在超级弱的磁场里发出的极其微弱的信号,弱到传统观测基本抓不住。可以类比成你站在上海外滩,要听清一万公里外有人用手指轻敲桌面的声音,还要判断出敲的方向。这就是为什么用了加总224小时的曝光,并且叠加了创新的数据处理方法,才勉强够用。
所以下次再听到什么"天文学家发现XX秘密"的标题,你可以多一个心眼:这类成果往往不是"拍张照就完事",而是花了天文数字的时间,把沉默的信号一点点筛出来,最后才敢说一句"我们看到了这么一回事"。而这次Abell 2255的成果,显然属于筛得比较漂亮的那一档。
那么磁场图出来了,下一步呢?团队当然不会止步于此。磁场分布和气体运动的钩连关系,接下来大概率会被拿来反推星系团是怎么从一团热气长成巨无霸的。宇宙中最大尺度的结构,恰恰是通过这些最微弱的磁力线,才可能透露一些底层秘密。你看,宇宙还真是一点都不着急,但我们开始学会怎么追了。
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