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一个磁性隧道围绕着地球

放大字体  缩小字体 2024-12-03 01:57  浏览次数:11

如果我们的眼睛能看到无线电波呢?

如果我们能做到这一点,我们或许就能抬头仰望天空,看到由无线电波组成的绳状细丝组成的隧道。这个结构大约有1000光年长,离我们350光年远。

这条隧道解释了天空中两个最亮的无线电特征。

天文学家在20世纪60年代发现了北极支线和扇形区域,当时射电天文学刚刚起步。北极支线是一个巨大的热气脊,上升到银河系的平面之上。它能发射x射线和无线电波。在它被发现后的几十年里,人们一直在讨论它到底是什么以及它有多远。天文学家认为这可能与费米气泡或古代超新星爆炸所形成的特征有关。

扇形区是天空中最主要的极化无线电特征之一。关于扇形区域的性质也存在争议,一些人认为它是局部特征,一些人认为它是一个星系规模。

The Galaxy seen in radio waves in the co<em></em>nventional view with the Galactic centre in the middle of the image. Credit: Haslam et al. (1982) with annotations by J. West.
银河系可以在宇宙的无线电波中看到 传统的观点,银河中心在图像的中间。资料来源:哈斯拉姆等人(1982年),附有J.韦斯特的注释。

一组来自加拿大和美国的研究人员在一篇新论文中提出证据,表明这两个特征是有联系的。这篇论文的题目是“扇区和北极支线的统一模型:本星系中的一束细丝”。该研究的主要作者是多伦多大学丹拉普天文与天体物理研究所研究员珍妮弗·韦斯特博士。

作者说,NPS和扇区都是同一特征的一部分。这一特征是由1000光年长的“绳子”组成的,这些“绳子”本身是由带电粒子和磁场组成的。它们就在我们眼前,但我们看不见它们。“如果我们抬头看天空,”韦斯特解释说,“我们会看到这个隧道状的结构,几乎在我们看的每个方向——也就是说,如果我们有眼睛,可以看到无线电光。”

This image from the study shows the tunnel at 30 GHz. The North Polar Spur sweeps up and to the right, while the Fan Region is on the left. Image Credit: West et al,  2021.
这幅研究图像显示了30千兆赫的隧道。北极支线向右扫去,而扇区在左边。图片来源:West等人,2021年。

“磁场不是孤立存在的,”韦斯特在一份新闻稿中解释道。诀窍在于弄清楚这两者之间的联系。韦斯特认为她的团队是第一批加入这两个特征的天文学家。

韦斯特说,自从她第一次看到无线电天空地图以来,15年来她一直在考虑这两个特征。近年来,她建立了一个计算机模型,展示了当她改变长无线电绳的形状和位置时,从地球上看无线电天空的样子。这个模型使在我们周围“建造”无线电结构成为可能。它向她展示了通过射电望远镜看到的天空的样子。该模型为她提供了一个新的视角,帮助她将数据与观测到的数据相匹配。

1965年的一篇论文在这一发现中发挥了作用。

“几年前,我们的合著者之一汤姆·兰蒂克(Tom Landecker)告诉我一篇1965年的论文,那是射电天文学的早期,”韦斯特说。根据当时可用的原始数据,作者(Mathewson和Milne)推测,这些极化无线电信号可能来自我们对银河系本臂的观测,从它的内部。这篇论文激发了我发展这一想法,并将我的模型与我们今天的望远镜提供给我们的更好的数据联系起来。”

韦斯特将他们的工作与地球地图相比较。当然,北极在上面,赤道在中间。但它可以从一个不同的角度绘制,这是韦斯特的计算机模型允许她做的。她解释说:“大多数天文学家在看地图时,银河系的北极在上方,银河中心在中间。”“激发这一想法的一个重要部分是在地图中间重新绘制了一个不同的点。”

Left: The sky as it would appear in radio polarized waves. The Van-Gogh-like lines show the orientation of the magnetic field. These radio data are shown projected as they would be seen in the sky together with the brightest stars and co<em></em>nstellations outlines and co<em></em>nstellation names overlaid. Credit: Dominion Radio Astrophysical Observatory/Villa Elisa telescope/ESA/Planck Collaboration/Stellarium/J. West. Right: the sky in the same orientation and projection, as it can be seen with our eyes. The same brightest stars and co<em></em>nstellations as in the previous image are shown. Credit: Stellarium/J. West.
左图:天空在无线电极化波中呈现的样子。类似范高的线条显示了磁场的方向。这些无线电数据被投影出来,就像它们在天空中与最亮的星星一起被看到一样 Nstellations轮廓和co nstellation名称覆盖。资料来源:Dominion射电天体物理天文台/Villa Elisa望远镜/ESA/普朗克合作/Stellarium/J。西方。右图:天空以相同的方向和投影,因为我们可以用眼睛看到。同样最亮的星星和co 如图中所示的星座。信贷:Stellarium / J。西方。

“这是一项非常聪明的工作,”邓拉普研究所(Dunlap Institute)教授、该出版物的作者布莱恩·甘斯勒(Bryan Gaensler)博士说。“当Jennifer第一次向我提出这个问题时,我觉得这个解释太‘另类’了。但她最终说服了我!现在,我很期待看到其他天文学团体的反应。”

韦斯特是星系和ISM的专家。她期待着更多的研究,希望能发现天空中不同的磁结构是如何连接起来的。

“磁场并不是孤立存在的,”她解释道。“它们都必须相互联系。所以下一步是更好地理解这个局部磁场是如何与更大规模的银河系磁场以及更小规模的太阳和地球磁场相联系的。”

This figure from the study shows the arrangement of filaments, co<em></em>nstructed on nested cylinders. The diagram is not to scale, but the placement of the filaments is correct with respect to the Sun’s position and relative to each other. Image Credit: West et al 2021.
这幅研究图显示了一些环的排列 在嵌套圆柱体上进行指令。这张图不是按比例绘制的,但这些灯丝的位置相对于太阳的位置和彼此之间的关系是正确的。图片来源:韦斯特等,2021年。

我们不能用眼睛看到这些结构。但知道他们的存在是一种思想开拓。

韦斯特说:“每当我们抬头仰望夜空时,想象这些建筑无处不在,我觉得这真是太棒了。”

多年来,天文学家们一直在争论北极支线的性质。不同的研究产生了矛盾。一些研究表明,这是一个遥远的特征,而另一些研究表明,这是一个更局部的特征。韦斯特和她的合著者说,他们的论文解决了这些矛盾。“我们表明,这个模型与对这些地区的大量观察研究一致,并且能够解决文献中一个明显的矛盾,即NPS的高纬度部分在附近,而低纬度部分则更远。”

“这个模型对建立星系磁场的整体模型有意义,”作者写道。“我们仍然没有完全理解星系中规则磁场的起源和演化,以及这种磁场是如何维持的。”

The model isn't a perfect match with observations. In this image from the study, the yellow regions show polarization disagreement between the model and the data. But the regions of disagreement are largely on the ends of the NPS. The team thinks that some foreground structure is causing some depolarization and say that the model still broadly agrees with the data. Image Credit: West et al 2021.
该模型与观测结果并不完全吻合。黄色区域显示了模型和该研究图像中的数据之间的极化分歧。但分歧主要集中在NPS的两端。研究小组认为,某些前景结构正在引起一些去极化现象,并表示该模型仍然与数据基本一致。图片来源:韦斯特等,2021年。

研究小组希望对隧道这类特征的更好理解将有助于更好地理解更遥远的磁场特征。存在着比这些更广泛的细丝,泡泡和超级泡泡也是如此。天文学家在银河系更遥远的区域观测到了它们。

但研究这些更遥远的特征是困难的。“因此,除了当地环境,可能在英仙座臂上,我们目前可能没有分辨率和灵敏度来观察这种水平的结构,”研究小组总结道。

更多:

新闻稿:Dunlap Astro 更新研究:扇形区域和北极支线的统一模型:本星系宇宙中的一束细丝今天:天文学 找到了从银河系流出的巨大气泡的来源,但仍然不知道是什么导致了它们

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