برای نخستین بار، اخترشناسان موفق شدند میدان مغناطیسی یک خوشه کامل کهکشانی را از هسته مرکزی تا مرزهای بیرونی آن بازسازی کنند. این دستاورد بیسابقه، حاصل عمیقترین مشاهدات انجامشده از خوشه کهکشانی Abell 2255 است که در فاصله حدود 1 میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد و به لطف تلسکوپ رادیویی اروپایی LOFAR (آرایه فرکانس پایین) به دست آمده است.
خوشه Abell 2255 از دیرباز به دلیل پیچیدگی در امواج رادیویی شناخته شده است. انتشارهای رادیویی وسیع و پراکنده این خوشه توسط الکترونهایی ایجاد میشود که با سرعتهای نزدیک به نور (نسبیتی) حرکت کرده و با میدانهای مغناطیسی کهکشانهای موجود در خوشه تعامل دارند. استفاده از این خوشه به عنوان یک آزمایشگاه کیهانی برای مطالعه جهان در امواج رادیویی، درک دانشمندان از چگونگی پیدایش و تکامل میدانهای مغناطیسی را ارتقا میدهد. این مشاهدات به ترسیم تصویری از دینامیک گاز داغ در خوشههای کهکشانی کمک کرده و نحوه شکلگیری بزرگترین ساختارهای جهان را آشکار میکنند.
۲۲۴ ساعت تماشای اعماق کیهان
در چارچوب پروژه «میدان فوقعمیق خوشه کهکشانی LOFAR»، تیم تحقیقاتی از 224 ساعت جمعآوری تصاویر رادیویی بهره برد. آنها کشف کردند که توزیع میدانهای مغناطیسی در مقیاس بزرگ در سراسر Abell 2255 که خود چندین میلیون سال نوری گستره دارد، تصادفی نیست. در عوض، این میدانهای مغناطیسی توسط حرکت گاز در طول فرآیند شکلگیری این خوشه کهکشانی سازماندهی شدهاند.
آندرهآ بوتئون، سرپرست تیم از مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF)، در این باره توضیح میدهد: «به دست آوردن تصاویر بسیار حساس از خوشههای کهکشانی در طولموجهای رادیویی برای درک چگونگی شتابگیری الکترونها به سرعتهای نسبیتی و تقویت میدانهای مغناطیسی در مقیاسهای کیهانی بزرگ حیاتی است. پیچیدگی این مطالعات به دلیل گریزان بودن سیگنال رادیویی از الکترونهایی است که در میدانهای مغناطیسی بسیار ضعیف حرکت میکنند. مکانیسمی که این انتشارهای رادیویی غولپیکر را فعال میکند، به فرآیند شکلگیری خوشههای کهکشانی مرتبط است.»
بوتئون و همکارانش عمیقترین مشاهدات رادیویی ثبتشده تاکنون را با یک تکنیک نوآورانه تحلیل دادهها ترکیب کردند که به آنها اجازه داد برای نخستین بار شکل میدان مغناطیسی یک خوشه کهکشانی را بازسازی کنند.
اثر دینامیک گاز بر خطوط مغناطیسی
انسجام خطوط میدان مغناطیسی مشاهدهشده در برخی مناطق خوشه نشان میدهد که ریختشناسی میدان به طور تنگاتنگی با دینامیک گاز محل استقرارش مرتبط است؛ گازی که میتواند توسط حرکات مرتبط با شکلگیری خود خوشه «کشیده» یا «فشرده» شود.
تحلیلها نشان داد که در برخی مناطق، میدانهای مغناطیسی جهتهای بسیار خاصی را دنبال میکنند و به صورت شعاعی در امتداد انتشارهای رادیویی گسترده کشیده میشوند. در مقابل، در مناطقی که تحت سلطه امواج ضربهای هستند، میدانهای مغناطیسی به صورت مماسی جهتگیری میکنند. این موضوع گویای آن است که میدانهای مغناطیسی در Abell 2255 توسط همان دینامیکهایی شکل میگیرند که به خوشهها اجازه میدهند گاز را جذب کرده و رشد کنند.
این یافتهها، نخستین شواهد رصدی را ارائه میدهند که نشان میدهد همان مکانیسمهایی که به کهکشانها اجازه رشد و تجمع میدهند و بزرگترین ساختارهای جهان را ایجاد میکنند، میدانهای مغناطیسی آنها را نیز شکل میدهند. نتایج این پژوهش برای انتشار در مجله Astronomy & Astrophysics پذیرفته شده و نسخه پیش از داوری همتا در وبسایت arXiv در دسترس است.
با تکیه بر این قابلیت تازه، اکنون اخترشناسان میتوانند به ترسیم نقشه میدانهای مغناطیسی در خوشههای دوردستتر بپردازند و گامهایی نوین در کشف نیروهای نامرئی شکلدهنده به تار عنکبوت کیهانی بردارند.
