对宇宙中最大结构宇宙长城的研究，揭示了一个“令人震惊”的图景

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

资料来源：Pixabay/CC0 公共领域

在最大的尺度上，宇宙被排列成一个网状的模式：星系被拉成星团，这些星团由细丝连接并由空隙隔开。这些星团和细丝含有暗物质，以及气体和星系等常规物质。

我们称之为“宇宙网”，我们可以通过用光学望远镜进行的大型调查绘制星系的位置和密度来看到它。

我们认为宇宙网也渗透着磁场，磁场是由运动中的高能粒子产生的，反过来又引导这些粒子的运动。我们的理论预测，当重力将细丝拉在一起时，它会引起冲击波，使磁场更强，并产生可以用射电望远镜看到的光芒。

在发表在《科学进展》上的新研究中，我们首次观察到了成对星系团周围的这些冲击波以及连接它们的细丝。

过去，我们只从星系团之间的碰撞中直接观察到这些无线电冲击波。然而，我们相信它们存在于一小群星系周围，以及宇宙细丝中。

我们对这些磁场的了解仍然存在差距，例如它们有多强，它们是如何进化的，以及它们在这个宇宙网的形成中的作用。

探测和研究这种辉光不仅可以证实我们关于宇宙大尺度结构如何形成的理论，而且有助于回答有关宇宙磁场及其意义的问题。

挖掘噪音

我们预计这种无线电辉光既非常微弱又分布在大面积上，这意味着直接探测它非常具有挑战性。

更重要的是，星系本身要亮得多，可以隐藏这些微弱的宇宙信号。更困难的是，我们望远镜的噪声通常比预期的无线电辉光大很多倍。

由于这些原因，我们不是直接观察这些无线电冲击波，而是必须发挥创造力，使用一种称为堆叠的技术。这是当您将许多太微弱而无法单独看到的物体的图像平均在一起时，这会降低噪声，或者更确切地说，增强高于噪声的平均信号。

将许多图像“堆叠”在一起可以使感兴趣的信号比背景噪声更亮。资料来源：Tessa Vernstrom，作者提供

那么我们堆叠了什么？我们发现了超过60万对星系团，它们在太空中彼此靠近，因此很可能通过细丝连接。然后，我们将它们的图像对齐，以便来自星团或它们之间的区域的任何无线电信号 - 我们期望冲击波的位置 - 将加在一起。

我们在 2021 年发表的一篇论文中首次使用了这种方法，其中包含来自两个射电望远镜的数据：西澳大利亚州的默奇森宽场阵列和新墨西哥州的欧文斯谷射电天文台长波长阵列。选择它们不仅是因为它们几乎覆盖了整个天空，还因为它们在低无线电频率下运行，预计该信号会更亮。

在第一个项目中，我们有一个令人兴奋的发现：我们在成对的星团之间发现了光芒！然而，由于它是许多星系团的平均值，所有星团都包含许多星系，因此很难确定信号来自宇宙磁场，而不是星系等其他来源。 图片来源：Tessa Vernstrom 使用普朗克数据，作者提供

一个“令人震惊”的启示

通常，由于湍流，团簇中的磁场会混乱起来。然而，这些冲击波迫使磁场有序，这意味着它们发出的无线电辉光是高度极化的。

我们决定在偏振无线电光的地图上尝试堆叠实验。这样做的好处是有助于确定导致信号的原因。 堆叠簇对：垂直排列的两个黑点是星团，由于湍流而表现出去极化，而外部区域和团簇之间的区域则高度极化。图片来源：Tessa Vernstrom 使用普朗克数据，作者提供

来自常规星系的信号只有5%或更少的偏振，而来自冲击波的信号可以偏振30%或更多。

在我们的新工作中，我们使用了来自全球磁离子介质调查以及普朗克卫星的无线电数据来重复实验。这些调查几乎覆盖了整个天空，并有偏振和常规无线电地图。

我们检测到团对周围非常清晰的偏振光环。这意味着星团的中心是去极化的，这是意料之中的，因为它们是非常动荡的环境。

然而，在星团的边缘，由于冲击波，磁场被整理好，这意味着我们看到这个偏振光环。

我们还发现星系团之间有过多的高度偏振光，远远超过你对星系的预期。我们可以将其解释为来自连接细丝中电波的光。这是第一次在这种环境中发现这种排放。

我们将我们的结果与最先进的宇宙学模拟进行了比较，这是第一个不仅预测无线电发射总信号而且预测极化信号的模拟。我们的数据与这些模拟非常吻合，通过将它们结合起来，我们能够理解早期宇宙遗留下来的磁场信号。

将来，我们想在宇宙历史的不同时间重复这种探测。我们仍然不知道这些宇宙磁场的起源，但像这样的进一步观察可以帮助我们弄清楚它们来自哪里以及它们是如何演变的。

原标题：《『对宇宙中最大的结构宇宙长城的研究揭示了一个“令人震惊”的图景》

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