W ostatnich badaniach z powodzeniem zaobserwowano magnetyczne fale uderzeniowe w kosmicznej sieci, badając emisje radiowe pomiędzy gromadami galaktyk.
To osiągnięcie, potwierdzone porównaniem wzorów światła spolaryzowanego z zaawansowanymi symulacjami, otwiera nowe możliwości zrozumienia kosmicznych pól magnetycznych i ich roli w strukturze Wszechświata.
Zrozumienie kosmicznej sieci
W największej skali Wszechświat tworzy rozległą strukturę przypominającą sieć. Galaktyki grupują się w gromady, połączone cienkimi nitkowatymi nitkami włóknaz dużymi pustymi pustkami pomiędzy nimi. Zarówno gromady, jak i włókna składają się z ciemnej materii, a także zwykłej materii, takiej jak gaz i galaktyki.
Ta skomplikowana struktura znana jest jako „kosmiczna sieć.” Astronomowie mogą to obserwować, mapując pozycje i gęstości galaktyk w drodze szeroko zakrojonych badań prowadzonych za pomocą teleskopów optycznych.
Naukowcy uważają, że kosmiczna sieć jest również wypełniona polami magnetycznymi. Pola te są generowane przez poruszające się cząstki energetyczne, którymi same pola pomagają kierować. Teorie sugerują, że gdy grawitacja mocniej napina włókno, tworzą się fale uderzeniowe, wzmacniające pola magnetyczne i wytwarzające słabą poświatę wykrywalną przez radioteleskopy.
Przełom w obserwacjach kosmicznych
W badania opublikowane w Postęp naukipo raz pierwszy zaobserwowaliśmy te fale uderzeniowe wokół par gromad galaktyk i łączących je włókien.
W przeszłości te radiowe fale uderzeniowe obserwowaliśmy jedynie bezpośrednio zderzenia gromad galaktyk. Uważamy jednak, że istnieją wokół małych grup galaktyk, a także we włóknach kosmicznych.
Nadal istnieją luki w naszej wiedzy na temat tych pól magnetycznych, na przykład na temat ich siły, sposobu ewolucji i roli, jaką pełnią w tworzeniu tej kosmicznej sieci.
Wykrycie i zbadanie tego blasku może nie tylko potwierdzić nasze teorie dotyczące powstania wielkoskalowej struktury Wszechświata, ale także pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące kosmicznych pól magnetycznych i ich znaczenia.
Wyzwania detekcji
Oczekujemy, że ta poświata radiowa będzie bardzo słaba i rozproszona na dużych obszarach, co oznacza, że jej bezpośrednie wykrycie jest bardzo trudne.
Co więcej, same galaktyki są znacznie jaśniejsze i mogą ukrywać te słabe sygnały kosmiczne. Aby było jeszcze trudniej, szum z naszych teleskopów jest zwykle wielokrotnie większy niż oczekiwana poświata radiowa.
Z tych powodów, a nie bezpośrednio obserwując te radiowe fale uderzeniowe, musieliśmy wykazać się kreatywnością, stosując technikę znaną jako układanie w stosy. Dzieje się tak, gdy uśrednia się obrazy wielu obiektów zbyt słabych, aby można je było zobaczyć pojedynczo, co zmniejsza szum, a raczej wzmacnia średni sygnał ponad szumem.
Zaawansowane techniki w radioastronomii
Co więc ułożyliśmy? Odkryliśmy ponad 600 000 par gromad galaktyk, które znajdują się blisko siebie w przestrzeni i dlatego prawdopodobnie są połączone włóknami. Następnie dopasowaliśmy nasze zdjęcia w taki sposób, aby każdy sygnał radiowy z gromad lub obszaru pomiędzy nimi – gdzie spodziewamy się pojawienia się fal uderzeniowych – sumował się.
Po raz pierwszy zastosowaliśmy tę metodę w artykuł opublikowany w 2021 roku z danymi z dwóch radioteleskopów: Układ szerokokątny Murchisona w Australii Zachodniej i Sieć długich fal w Obserwatorium Radiowym Owens Valley w Nowym Meksyku. Wybrano je nie tylko dlatego, że pokrywały prawie całe niebo, ale także dlatego, że działały na niskich częstotliwościach radiowych, gdzie oczekuje się, że sygnał ten będzie jaśniejszy.
W pierwszym projekcie dokonaliśmy ekscytującego odkrycia: znaleźliśmy poświatę pomiędzy parami gromad! Ponieważ jednak był to tzw przeciętny spośród wielu gromad, z których każda zawierała wiele galaktyk, trudno było z całą pewnością stwierdzić, że sygnał pochodzi z kosmicznych pól magnetycznych, a nie z innych źródeł, takich jak galaktyki.
„Szokujące” odkrycie
Zwykle pola magnetyczne w gromadach są pomieszane z powodu turbulencji. Jednakże te fale uderzeniowe porządkują pola magnetyczne, co oznacza, że emitowana przez nie poświata radiowa jest bardzo duża spolaryzowany.
Postanowiliśmy wypróbować eksperyment układania na mapach spolaryzowanego światła radiowego. Ma to tę zaletę, że pomaga określić, co jest przyczyną sygnału.
Sygnały ze zwykłych galaktyk są spolaryzowane tylko w 5% lub mniej, podczas gdy sygnały z fal uderzeniowych mogą być spolaryzowane w 30% lub więcej.
w naszym ostatnia pracawykorzystaliśmy dane radiowe z Globalne badanie dotyczące średnich magnetojonowych jak również Plancka satelitę, aby powtórzyć eksperyment. Przeglądy te obejmują prawie całe niebo i obejmują zarówno spolaryzowane, jak i zwykłe mapy radiowe.
Ustalenia i przyszłe kierunki
Wykryliśmy bardzo wyraźne pierścienie spolaryzowanego światła otaczające pary gromad. Oznacza to, że centra gromad są zdepolaryzowane, czego można się spodziewać, ponieważ są to bardzo turbulentne środowiska.
Jednakże na krawędziach gromad pola magnetyczne zostają uporządkowane dzięki falom uderzeniowym, co oznacza, że widzimy pierścień spolaryzowanego światła.
Odkryliśmy także nadmiar wysoce spolaryzowanego światła pomiędzy gromadami, znacznie większy, niż można by się spodziewać po samych galaktykach. Możemy to zinterpretować jako światło pochodzące od wstrząsów w łączących się włóknach. Po raz pierwszy w tego rodzaju środowisku odkryto tego typu emisję.
Porównaliśmy nasze wyniki z najnowocześniejszymi symulacjami kosmologicznymi, pierwszymi tego typu, które pozwoliły przewidzieć nie tylko całkowity sygnał emisji radiowej, ale także spolaryzowany sygnał również. Nasze dane bardzo dobrze zgadzały się z tymi symulacjami, a łącząc je, jesteśmy w stanie zrozumieć sygnał pola magnetycznego pozostały z wczesnego Wszechświata.
W przyszłości chcielibyśmy powtórzyć to odkrycie dla różnych okresów historii Wszechświata. Nadal nie znamy pochodzenia tych kosmicznych pól magnetycznych, ale dalsze obserwacje tego typu mogą pomóc nam dowiedzieć się, skąd one się wzięły i jak ewoluowały.
Napisane przez:
- Tessa Vernstrom – starszy pracownik naukowy, Uniwersytet Australii Zachodniej
- Christopher Riseley – pracownik naukowy, Università di Bologna
Na podstawie artykułu pierwotnie opublikowanego w Rozmowa.
