本文來自微信公眾號：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗，頭圖來自：《三體》
宇宙的網(wǎng)
宇宙網(wǎng)是宇宙在最大尺度上的樣子。星系被拉到一起，形成星系團；星系團與星系團之間被巨洞隔開，與此同時也被一些纖維狀的細絲連接。這些細絲，以及充滿了氣體和星系的星系團，交織形成了龐大的宇宙網(wǎng)。
在20世紀60年代，科學家就預測了這種橫跨宇宙的網(wǎng)絡結構。到了80年代，計算機模型開始模擬這個巨大網(wǎng)絡的真實面貌。在過去的幾十年里，科學家已經(jīng)可以通過天文望遠鏡進行大型的巡天調查，繪制出宇宙網(wǎng)中星系的位置和密度，進而為天文學中一些最重大、最基本的問題提供線索。
磁場與激波
磁場是眾多天文學家感興趣的一個關鍵問題。從行星到恒星到星系之間的最大空間，宇宙中遍布著磁場。然而，宇宙磁場的許多方面仍沒有被理解，尤其是在宇宙網(wǎng)的尺度上。
我們已經(jīng)知道，宇宙磁場是由運動中的高能粒子產(chǎn)生的，反過來，磁場也會引導這些粒子運動�，F(xiàn)有的理論認為，在引力的牽引下，星系團并合，纖維狀的細絲碰撞，會產(chǎn)生一種巨大的激波，這種激波會加速粒子，增強星系間的磁場，并產(chǎn)生一種可以用射電望遠鏡觀測到的輝光。
宇宙網(wǎng)的模擬圖，沿著纖維狀細絲和星團周圍的激波在穿過磁場（青色）時，會發(fā)出微弱的射電輝光（粉紅色）。（圖/F. VAZZA， D. WITTOR AND J. WEST）
過去，天文學家只在星系團的碰撞中觀測到過這樣的射電激波，雖然他們相信這樣的激波也存在于小星系群的周圍，以及連接著它們的宇宙纖維中，但他們從來沒有真正直接探測到這樣的射電輝光。
這是因為，這些輝光非常微弱，而且星系本身發(fā)出的光要遠遠強于這些信號，會讓這些微弱的射電信號更加微不足道。更糟糕的是，用于探測的望遠鏡本身的噪聲，也通常比這些射電輝光大上很多倍。
現(xiàn)在，在一項發(fā)表于《科學進展》的新研究中，一個國際天文學家團隊報告稱，他們用一種巧妙的方法，首次在成對的星系團周圍，以及連接著它們的宇宙纖維狀細絲中，觀測到了這樣的激波。
疊加信號
在新的研究中，研究人員沒有直接觀測射電激波，而是使用了一種被稱為“疊加”的技術。這種方法可以將許多微弱的天體的圖像進行疊加和平均，以此達到降低信號的噪聲并將平均信號增強到噪聲以上的目的。
將許多圖像疊加在一起，可以使目標信號比背景噪聲更亮。（圖/Tessa Vernstrom）
2021年，同樣是這個研究團隊的科學家，就在一篇發(fā)表于《皇家天文學會月刊》的論文中首次提及了這種方法。當時，他們用這種方法對來自西澳大利亞州的默奇森大視場射電陣和新墨西哥州的歐文斯谷射電天文臺的數(shù)據(jù)進行了分析。
西澳大利亞的默奇森大視場射電陣。（圖/Dragonfly Media）
那時，他們做出了一個令人興奮的發(fā)現(xiàn)：在成對的星系團之間，出現(xiàn)了射電輝光！
然而，由于這一發(fā)現(xiàn)源自于許多星系團的平均值，每個星系團都包含許多星系，因此很難確定這一信號是來自宇宙磁場，還是星系等其他來源。
偏振的射電光
為了識別這些信號是否來自磁場，這次，研究人員選擇了一種有著更低的背景噪聲的信號偏振射電光。
通常情況下，湍流的存在會使得星系團中的磁場紊亂。然而，激波會迫使磁場變得有序，這意味著它們發(fā)出的射電輝光是高度偏振的。普通星系發(fā)出的信號偏振率只有5%或更低，而激波發(fā)出的信號的偏振率可達30%或更高。
在模擬的宇宙網(wǎng)中，通過結合許多觀測到的射電圖像所能生成的畫面。（圖/F.Vazza， D.Wittor， J.West）
因此，在最新的研究中，研究團隊決定在偏振的射電信號上進行疊加。這次，他們使用了全球磁離子介質巡天以及普朗克衛(wèi)星收集到的海量射電圖像，這二者都是幾乎覆蓋了整片天空的巡天項目，并同時擁有偏振的和常規(guī)的射電數(shù)據(jù)。
研究人員在成對的星系團周圍，探測到了非常清晰的偏振光環(huán)。這意味著星系團的中心是消偏振的這與預計相符，因為它們處于非常動蕩的環(huán)境；而在星系團的邊緣，由于激波的存在，磁場是有序排列的，因而可以看到清晰的偏振光環(huán)。
疊加的成對的星系團的畫面：豎直排列的兩個黑點是兩個星團，由于湍流它們表現(xiàn)出了消偏振，而外部區(qū)域和星系團之間的區(qū)域都高度偏振。（圖/Tessa Vernstrom）
研究人員將這一結果與目前最優(yōu)的宇宙網(wǎng)模型進行了對比，發(fā)現(xiàn)他們的觀測數(shù)據(jù)與模擬非常吻合。
在不同的宇宙時期重復觀測
這一發(fā)現(xiàn)不僅證實了現(xiàn)有的宇宙網(wǎng)模型的預測，還利用偏振射電信號，為滲透在宇宙網(wǎng)中的磁場提供了一個直接的觀測機會。這是一項重大的突破。
研究人員表示，未來，他們希望能在宇宙歷史的不同時期重復開展這種觀測。探測和研究這種輝光，不僅可以證實有關宇宙大尺度結構是如何形成的理論，而且也有助于解答關于宇宙磁場及其意義的問題。
參考資料：
https://theconversation.com/the-largest-structures-in-the-universe-are-still-glowing-with-the-shock-of-their-creation-199785
https://www.icrar.org/polarised-shockwaves/
https://www.sciencenews.org/article/shock-waves-shaking-universe-first
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade7233
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