科学|星系的磁场形状为何如此怪异？呈现出X状，还有巨大气泡和环
北京联盟_本文原题：星系的磁场形状为何如此怪异？呈现出X状 ， 还有巨大气泡和环
磁场 ， 是一个能够传递物体之间磁力的区域 。 它既可以通过磁体来形成 ， 也可以通过变化的电流所形成 。 根据一个物体处在磁场的不同位置 ， 物体所受到的磁力大小和方向也不同 。
磁场是看不见摸不着的 ， 但是我们却能够成功地绘制出它的形状 ， 这是因为我们可以将铁屑洒在一个磁铁的周围 ， 它们在磁场作用下就会重新排列 ， 这就是磁场的形状 。
据此 ， 我们也可以绘制地球磁场的形状 。 因为地球磁场虽然弱 ， 但影响范围更广 ， 其来源又只有地核 ， 因此可以看作是一个巨大的磁铁 。
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如果我们看看更加巨大的天体结构——星系 ， 会发现它们也有磁场 。 可是 ， 对于星系的磁场形状 ， 我们的了解就非常有限了 。 虽然这些星系看起来形状也蛮规则的 ， 比如漩涡星系 ， 大部分恒星都集中在星系核以及旋臂上 。 但是 ， 星系远远不是这么简单的 ， 我们眼睛所能看到的只是它们的一部分 ， 何况它们如此遥远 ， 我们的观测技术也无法将它们看得足够清晰 。
而且 ， 星系的磁场是如何产生和维持的 ， 我们也并不了解 ， 这就对我们绘制星系磁场的形状提出了很大的挑战 。 科学家们一直努力进行这方面的尝试 ， 希望能够了解星系的磁场 ， 这对于我们了解自己的银河系也有着重要的帮助 。
为此 ， 法国斯特拉斯堡天文数据中心的天文学家及物理学家Yelena Stein选择了星系NGC 4217 ， 作为人类探测星系磁场的新尝试 。 NGC 4217距离我们大约6700万光年 ， 和银河系一样 ， 它也是一个漩涡星系 ， 因此是我们间接研究银河系的一个重要参考 。
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（图片说明：哈勃望远镜拍摄的星系NGC 4217）
可是 ， 我们又不能像研究磁铁一样在这个星系周围放铁屑 ， 该如何测量它的磁场呢？
Stein等人非常巧妙地借助了一种只有宇宙中才有的工具——宇宙射线 。 这些射线的本质都是亚原子粒子 ， 它们的速度非常快 ， 甚至可以接近光速在宇宙中穿梭 。 当宇宙射线中的电子被超新星爆发的冲击波所加速后 ， 它们的速度就可以接近光速 。 这些达到相对论性电子会沿着磁场线螺旋前进 ， 就像是处在一个同步加速器中一样 ， 会产生一种叫做同步辐射的电磁波 。
这种辐射所覆盖的波长范围非常广 ， Stein等人正是利用了相对论性粒子的同步辐射 ， 实现了对星系磁场的绘制 。 为此 ， 他们不仅仅检测了辐射的强度 ， 还检测了其偏振方向 。 我们知道 ， 电磁波是横波 ， 横波就会有波动的方向 ， 也就是偏振方向。 通过偏振方向的检测 ， 也可以帮助我们理解星系的磁场方向 。
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为了绘制NGC 4217的磁场 ， 该团队利用了位于美国新墨西哥州的Karl G. Jansky超大型列阵天文台以及总部位于荷兰的国际低频阵列射电望远镜(LOFAR) 。
观测结果显示 ， NGC 4217的磁场与我们大家印象中磁场的形状果然大不相同 ， 它竟然呈现出近似于字母X的形状 。 这个磁场非常的巨大 ， 根据他们的观测 ， 它可以延伸到星系盘上下22500光年的距离 。 而且 ， 这个磁场并不是特例 ， 研究团队同时还对NGC 4217附近的其他几个正在孕育恒星的星系进行了观测 ， 发现它们的磁场无论是在形状还是规模上 ， 都和它很相似 。
Stein感叹道：“这张图像清楚地告诉我们 ， 在想象我们的银河系时 ， 不要忘了它还有个和星系尺度差不多的巨大磁场 。 ”
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