Организация научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO), национальное научное агентство Австралии, и Международная обсерватория Square Kilometer Array (SKAO) совместно выпустили самую подробную и самую большую на сегодняшний день карту космического магнитного поля, представляя изначально «невидимую» структуру космического магнитного поля в беспрецедентных подробностях. Новая карта, получившая название SPICE-RACS, охватывает в пять раз большую площадь, чем все предыдущие исследования такого рода вместе взятые, и считается важной вехой в понимании того, как энергия распределяется и транспортируется во Вселенной.
Новые результаты получены на радиотелескопе ASKAP в Иньярриманха Илгари Бундара (операционная база ASKAP) в Западной Австралии. Этот объект является частью CSIRO и отвечает за сканирование больших участков неба на наличие радиосигналов в рамках системы ASKAP Rapid Continuous Survey (RACS). Еще в 2020 году ASKAP завершил самое крупное и быстрое радиообследование на тот момент, заложив основу для картирования магнитного поля.
По мнению исследовательской группы, карта SPICE-RACS основана на физическом принципе: когда свет проходит через магнитное поле, его поляризация меняется на противоположную. Измеряя степень вращения радиосигналов со всех направлений во Вселенной во время их распространения и объединяя их с данными, записанными ASKAP, ученые могут сделать вывод о местоположении и силе этих магнитных полей. Доктор Алек Томсон, один из руководителей проекта и в настоящее время научный сотрудник СКАО, сказал, что впервые исследователям удалось подробно проанализировать структуру ближайшей межзвездной среды в таком большом масштабе, систематически изучая при этом огромное количество далеких галактик.
Чтобы построить карту, команда повторно обработала данные почти всех галактик, обнаруженных в обзоре RACS. «Мы извлекли данные о вращении каждой галактики, обнаруженной RACS, а это в общей сложности почти четыре миллиона объектов, и повторно обработали необработанные данные ASKAP, чтобы получить более полную картину космического магнитного поля», — сказал Томсон. По его мнению, это обеспечивает беспрецедентный размер выборки для исследования магнитных структур от локального окружения Млечного Пути до далекой Вселенной.
Научное сообщество давно признало, что магнитные поля играют ключевую роль в формировании окружающей среды на Земле и в космосе, но их трудно наблюдать напрямую. Например, без защиты внешнего геомагнитного поля Земли поток частиц высокой энергии от Солнца (солнечный ветер) значительно снизил бы обитаемость Земли. Однако по сравнению с гравитацией или электромагнитным излучением люди до сих пор очень мало знают о происхождении и эволюции магнитных полей космического масштаба, что в основном ограничивается методами наблюдения.
Профессор Наоми МакКлюр-Гриффитс, главный научный сотрудник СКАО, отметила, что последние два десятилетия астрономическое сообщество в основном опиралось на один и тот же ограниченный набор данных для изучения космического магнитного поля, и эти данные не охватывают даже всего южного неба. «Теперь мы наконец можем ответить на некоторые «большие вопросы» о магнитной структуре Вселенной, имея более полное представление о небе», — сказала она. SPICE-RACS позволяет ученым изучать взаимодействие Млечного Пути с соседними галактиками, такими как Магеллановы Облака, в галактическом масштабе и анализировать роль, которую играют магнитные поля.
Что еще более важно, новая карта, как ожидается, поможет ответить на фундаментальный вопрос: «Когда появилось космическое магнитное поле?» МакКлюр-Гриффитс сказала, что в прошлом исследователи когда-то считали, что такие проблемы практически невозможно решить с помощью методов наблюдения, но теперь, с появлением высокочувствительных крупномасштабных поляризационных исследований, «эта точка зрения больше не верна». Подсчитав характеристики магнитного поля галактик в разное время и на разных расстояниях, исследователи имеют возможность реконструировать траекторию генерации и эволюции магнитного поля в истории Вселенной.
Наряду с публикацией данных CSIRO также предоставит соответствующие наборы данных научным исследователям всего мира в открытом формате. Тим Гэлвин, астроном CSIRO, участвовавший в проекте, сказал, что эти ресурсы будут свободно доступны любой команде, будь то для независимых исследований или для воспроизведения существующих результатов. Он подчеркнул, что открытые данные не только помогают большему количеству исследовательских групп изучать новые научные проблемы, но также помогают укрепить основной принцип «воспроизводимости» в научных исследованиях.
Таким образом, платформа портала данных CSIRO рассматривается как важная инфраструктура научных исследований не только для профессиональных исследователей, но и приветствует углубленное исследование со стороны общественности, интересующейся астрономическими и научными данными. Гэлвин отметил, что несколько исследовательских групп в настоящее время работают над данными этого проекта и продолжают получать новые результаты, что еще раз доказывает научную ценность этой библиотеки ресурсов.
Группа международного сотрудничества, участвующая в этой работе, называется «Группа сотрудничества по исследованию космической магнитной поляризации (POSSUM)», в которую входят многонациональные исследовательские институты. Хотя SPICE-RACS считается одной из наиболее полных карт космического магнитного поля, доступных в настоящее время, команда подчеркивает, что это только отправная точка для будущих планов по более масштабным и высокоточным наблюдениям. Ожидается, что с полным вводом в эксплуатацию нового поколения радиоустановок, таких как телескоп Square Kilometer Array, «карта» скрытой магнитной структуры Вселенной, созданная человечеством, будет продолжать расширяться и обновляться.
По имеющимся данным, результаты этого исследования были приняты изданиями Астрономического общества Австралии, но процесс экспертной оценки еще не завершен. Исследовательская группа и CSIRO заявили в пресс-релизе, что они продолжат совершенствовать данные и методы в будущем и надеются, что мировое научно-исследовательское сообщество поднимет на этой основе больше вопросов и объяснений, чтобы углубить человеческое понимание космического магнитного поля и его роли в эволюции Вселенной.