花224小時(shí)給十億光年外星系團(tuán)拍片，就為了看它磁場(chǎng)長(zhǎng)啥樣？

你有沒(méi)有想過(guò),天文學(xué)家花224個(gè)小時(shí)盯著一片天空,到底在看什么?最近他們用歐洲LOFAR射電望遠(yuǎn)鏡干了一件挺"壕"的事:給一個(gè)叫Abell 2255的星系團(tuán)拍了一張史上最深的射電影像,然后首次還原了整個(gè)星系團(tuán)——從中心到外圍——的磁場(chǎng)形狀。說(shuō)人話就是,他們終于看清了這個(gè)宇宙巨型結(jié)構(gòu)的"磁力線地圖"。

這個(gè)星系團(tuán)本身離我們大約十億光年,幾百萬(wàn)光年那么寬,在射電波段一直是個(gè)"復(fù)雜得要命"的鬼地方。具體有多復(fù)雜呢?里面有大量的電子以接近光速在跑,然后跟星系團(tuán)本身的磁場(chǎng)糾纏在一起,產(chǎn)生了彌漫又巨大的無(wú)線電輻射。以前大家都知道這東西存在,但沒(méi)本事看清整體磁場(chǎng)到底是怎么排布的,像用近視眼盯著霧里看花。這次不一樣了,LOFAR貢獻(xiàn)了史上最深度的觀測(cè),加上一套新的數(shù)據(jù)分析技巧,研究人員才第一次把那些若隱若現(xiàn)的磁力線給"挖"了出來(lái)。

結(jié)果一出來(lái),團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一件挺打臉的事:以前以為磁場(chǎng)分布大概率是隨機(jī)的,結(jié)果人家根本不亂來(lái),而是被星系團(tuán)形成時(shí)的氣體運(yùn)動(dòng)給"帶節(jié)奏"了。用項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、意大利國(guó)家天體物理研究所的Andrea Botteon的說(shuō)法就是,"磁力線的形態(tài)跟它所在氣體的動(dòng)力學(xué)緊密相關(guān),磁場(chǎng)會(huì)被星系團(tuán)形成時(shí)的運(yùn)動(dòng)拉扯或壓縮。"

換成大白話,你可以把這個(gè)星系團(tuán)想象成一團(tuán)正在揉的面團(tuán)。氣體在翻涌、擠壓、拉伸,而磁場(chǎng)就像面團(tuán)里的面筋紋路,跟著一起被扯成特定方向或擠成一團(tuán)。觀測(cè)也證實(shí)了這點(diǎn)——在某些區(qū)域,磁場(chǎng)線沿著延展的射電輻射徑向排列;而在另一些區(qū)域,則呈現(xiàn)出壓縮后的零亂感。

這件事本身可能讓你覺(jué)得"嗯挺有意思",但真正好玩的地方在后面。天文學(xué)家盯上這個(gè),不是為了畫(huà)一幅漂亮的宇宙裝飾畫(huà),而是想搞清楚兩個(gè)根本問(wèn)題:第一,那些電子到底是怎么被加速到接近光速的;第二,宇宙尺度上的磁場(chǎng)是怎么被放大的。Botteon自己說(shuō)得也很直白:"我們相信,觸發(fā)這些巨型射電輻射的機(jī)制,與星系團(tuán)的形成過(guò)程有關(guān)。"

注意他的措辭——"我們相信"、"有關(guān)"。這代表什么?代表這不是一個(gè)已經(jīng)被證實(shí)死的結(jié)論,而是一個(gè)正在被拼湊的拼圖。目前團(tuán)隊(duì)能判斷出磁場(chǎng)形態(tài)受氣體運(yùn)動(dòng)影響,但對(duì)于"電子加速"這個(gè)最刺激的環(huán)節(jié),現(xiàn)在只能說(shuō)"可能跟星系團(tuán)形成有關(guān)"。科學(xué)圈不喜歡吹牛,有幾分證據(jù)說(shuō)幾分話。這次的224小時(shí)觀測(cè),就相當(dāng)于往那塊拼圖里扔了一塊關(guān)鍵碎片。

而且這事還有一層提醒。你看到的那些射電輻射,實(shí)際上是電子在超級(jí)弱的磁場(chǎng)里發(fā)出的極其微弱的信號(hào),弱到傳統(tǒng)觀測(cè)基本抓不住。可以類比成你站在上海外灘,要聽(tīng)清一萬(wàn)公里外有人用手指輕敲桌面的聲音,還要判斷出敲的方向。這就是為什么用了加總224小時(shí)的曝光,并且疊加了創(chuàng)新的數(shù)據(jù)處理方法,才勉強(qiáng)夠用。

所以下次再聽(tīng)到什么"天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)XX秘密"的標(biāo)題,你可以多一個(gè)心眼:這類成果往往不是"拍張照就完事",而是花了天文數(shù)字的時(shí)間,把沉默的信號(hào)一點(diǎn)點(diǎn)篩出來(lái),最后才敢說(shuō)一句"我們看到了這么一回事"。而這次Abell 2255的成果,顯然屬于篩得比較漂亮的那一檔。

那么磁場(chǎng)圖出來(lái)了,下一步呢?團(tuán)隊(duì)當(dāng)然不會(huì)止步于此。磁場(chǎng)分布和氣體運(yùn)動(dòng)的鉤連關(guān)系,接下來(lái)大概率會(huì)被拿來(lái)反推星系團(tuán)是怎么從一團(tuán)熱氣長(zhǎng)成巨無(wú)霸的。宇宙中最大尺度的結(jié)構(gòu),恰恰是通過(guò)這些最微弱的磁力線,才可能透露一些底層秘密。你看,宇宙還真是一點(diǎn)都不著急,但我們開(kāi)始學(xué)會(huì)怎么追了。