宇宙中的巨型磁场原理？

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来自波恩和陶滕堡的天文学家在星系团的边缘发现了一个特殊排列的磁场。它跨越了数百万光年，是宇宙中最大的磁场。

跨度几百万光年的星系团是宇宙中已知的最大的结构。星系团是由众多的如同银河系一般的星系组成的，当然其中还包含炽热的星际气体，磁场和维持彼此的暗物质。

据观察结果显示，有时星系团之间会相遇并发生相撞。在这种碰撞中产生的冲击波并不会破坏恒星们，而会压缩星系团之间炽热的气体和磁场。发光的气体以此组成了巨大的弧形结构。这些结构在X射线和无线电波段极为明显，并被天文学家们称为“遗迹”。它们在1979年被美国Green-Bank天文台的91米射电望远镜发现。迄今为止，在大约70个星系团中找到了这种遗迹存在的证明，或至少是存在踪迹。但是一定还有更多。这些巨大的气体同时也证明了宇宙总是在不断变化的。

在宇宙的网络中，磁场可能比星系团更为巨大。

无线电波非常适合追踪遗迹。在星系团碰撞时，磁场线在压缩过程中的排列会影响无线电波的辐射——它们是线性极化的。电磁辐射的震荡方向不再是随机的，而是有优先方向的。

我们的研究小组最近在4个星系团中测量了这种效应。研究小组的成员有来自波恩马克思普朗克射电天文研究所（MPIfR）的Rainer Beck和Maja Kierdorf（本文作者），波恩大学Argelander射电天文研究所的Uli Klein，图灵根州卡尔史瓦西天文台的Matthias Hoeft和一些来自美国剑桥的同事们。为了观测，我们使用了马克思普朗克射电天文研究所在Effelsberg附近的100米射电望远镜，波长为3和6cm。（见图）

在Effelsberg矗立着马克思普朗克射电天文研究所的100米射电望远镜。我们用它来观测遗迹中极化的电磁辐射。

从射电天文学的角度来说，这些短波具有在线性极化的辐射经过星系团和我们的银河系时几乎不会被削弱的优点。最突出的例子是星系团CIZA J2242.8+5301（见图）。

星系团的边缘存在着一种巨大圆弧状结构，我们称之为遗迹。天文学家们通过X射线和无线电发现了它们。这个名为“Sausage（香肠）”的遗迹存在于星系团CIZA J2242.8+5301的边缘，其距离大约有20亿光年。等高线显示在Effelsberg的100米射电望远镜在3厘米波长测量的无线电辐射。颜色表示线性极化无线电辐射的强度，短线表示磁场线的方向。底部的明亮光源是属于同一个星系团的射电星系。

在观察的4个星系团中，我们首次发现了一种特殊的线性极化的遗迹。它的磁场强度与我们的银河系差不多。然而，测得的偏振度竟然高达50%，这只有可能是带电粒子在极其有序的磁场中的产生的。它大约有500-600万光年之大，是宇宙中已知的最大的磁场。与射电星系中的磁场相比，这种磁场同样大范围的存在着，但是关于其起源却尚不明朗。

根据测得的偏振度可以测得马赫数，即星系团碰撞时的速度与音速的比值。得到的马赫数大约为2，或者更高。这意味着星系团以大约2000km/h的速度相撞，这比之前由X射线辐射测得的结果大的多。

Effelsberg的望远镜的观测结果显示，在两个遗迹中，它们的无线电辐射的震荡平面会随着波长而变化。这种效应是由磁场和电离的气体产生的，以英国物理学家迈克尔·法拉第的名字命名。值得注意的是，根据测量的角度的不同，遗迹也会随之变化。为此需要的是大规模稳定的磁场。

当然，我们的银河系中也包含磁场，而它们过于微弱而被排除。因此也无法解释法拉第旋转的大小和随着遗迹的变化。在星系团的气体中和遗迹本身中存在这种平稳的磁场也不太可能。它们有可能存在于星系团之间的巨大空间中，宇宙中的磁场，可能比星系团的范围更加广大。

同时，Effelsberg的射电望远镜也被证明是探测宇宙中巨大磁场的理想仪器。如今，我们可以借助射电-偏振系统进一步的探索星系团之间的巨大磁场。