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银河系的磁场指纹
时间: 2014/5/14 9:43:46 来自: 阅读: 1371   评论: 0

原文标题:Planck takes magnetic fingerprint of our Galaxy

原文来自:ESA   Posted: 2014. 5. 6

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

欧空局普朗克卫星的一张新图像揭示了我们银河系的磁场指纹。这张图像是利用对银河系星际尘埃发出的“偏振光”进行的第一次全天观测得出的。

银河系的磁场指纹(图片版权:ESA and the Planck Collaboration)

光线是一种非常为人熟知的能量形式,但它的一些特性隐匿在人们的日常经验以外。其中的一个特性是偏振,它携带光路沿线情况的大量信息,天文学家可以将其挖掘出来。

光波可以描述为一系列的电磁场波段,它们的振动方向彼此相互垂直,也与传播方向相垂直。

通常这些辐射场可以在各个方向振动。但是如果它们倾向在某些特定方向振动,我们就可以说光线是“偏振的”。举例来说,当光线从镜面或海面这样的反射性表面弹起后,就会出现这种情况。可以使用特定的滤镜来吸收偏振光,这也就是偏振太阳镜可以减弱炫光的原理。

在宇宙中,恒星、气体和尘埃发出的光线也可以是存在不同形式偏振的。通过测量光线的偏振度,天文学家就可以研究起偏的物理机制了。

特别重要的是,偏振可以揭示光线所经过的介质中磁场的存在以及相关特性。

文中展示的图像是使用普朗克的探测器获取的,这些探测器相当于天文版的偏振太阳镜。在这张新图像中,漩涡、环形以及拱形结构描绘出了我们银河系中的磁场。

在数千亿颗恒星以外,我们的银河系还充斥着气体和尘埃的混合物,它们是形成恒星的原始物质。虽然这些微小的尘埃颗粒温度极低,它们还是可以发出光线,只是在波长很长的波段上——从红外到微波。如果尘埃颗粒形态并非对称,那么出射光中会有更多振动方向平行于颗粒长轴的成分,这样光线就是偏振的。

如果尘埃云中颗粒的取向是随机的,那么就不会看到偏振光。然而由于与光子和快速运动的原子发生的相互碰撞,宇宙中的尘埃颗粒几乎一直在快速旋转着,每秒要转上数千万周。

因此由于银河系中的星际云团穿插有磁场,旋转的尘埃颗粒长轴更容易与磁场方向相垂直。因此在出射光中就会存在净偏振,可以被仪器观测到。

天文学家通过这一方法可以利用来自尘埃颗粒的偏振光研究银河系磁场的结构,特别是磁力线指向在天空中的投影。

在普朗克卫星的新图像中,较暗的区域表示较强的偏振辐射,而条纹表示磁场在天空中的投影方向。由于银河系中的磁场拥有三维结构,如果磁力线沿视线方向是高度杂乱无章的,其真实取向是难以给出的,这就好像是穿过一个杂乱的线团观看,尝试得出净取向信息一样。

不过普朗克的图像表明,在银河系磁场的某些区域,还是存在大尺度结构的。

图片中央水平穿过的暗带表示银盘。这里的偏振光揭示出了较大角尺度上的规则结构,其原因是磁力线主要是平行于银盘的。

数据还揭示出了邻近气体尘埃云附近偏振方向的变化。可以在图中银盘上下的混乱区域看到这一点,这里邻近的磁场尤为混乱。

一系列4篇论文分析了普朗克的银河偏振数据,文章刚刚提交给了《天文学和天体物理学》杂志。不过研究银河系的磁场并不是普朗克任务科学家对数据感兴趣的唯一原因。隐藏在银河系前景辐射之下的是来自宇宙中最古老的光线——宇宙微波背景辐射(CMB)的原初信号。

普朗克已经以空前的精度测绘了CMB的亮度,现在科学家在挖掘数据,以测量CMB的偏振。这是普朗克卫星的主要任务之一,其原因是它可以提供宇宙诞生后不久生成的引力波线索。

2014年3月,BICEP2小组的科学家宣称,他们在一架以微波波段观测一个特定天区的地面望远镜数据中第一次探测到了这一信号。但钻牛角尖地说,这一发现取决于这样的假设,也就是该天区前景偏振辐射几乎可以忽略不计。

今年晚些时候,普朗克小组的科学家将释放基于在7个波段内普朗克全天偏振观测的数据。多波段数据可以让天文学家更可靠地将前景污染与微弱的原初偏振信号分离出来。

这将让人们可以以更高精度研究宇宙的早期历史,涵盖从宇宙年龄不到1秒的加速膨胀阶段到数百万年后第一代恒星诞生之时。

(全文完)

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