Ursprunget och utvecklingen av kosmiska magnetfält är en långvarig olöst fråga vid gränsen för astronomi och astrofysikforskning och har valts ut som ett av nyckelområdena för undersökningar för många stora radioteleskop i världsklass, inklusive Square Kilometer Array ( SKA) under uppbyggnad. Att bestämma de storskaliga magnetfältsstrukturerna i Vintergatan har varit en stor utmaning för många astronomer i världen i decennier.

I en ny studie publicerad i The Astrophysical Journal den 10 maj har Dr. Xu Jun och Prof. Han Jinlin från National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC) avslöjat enorma magnetiska toroider i Vintergatans gloria, vilka är grundläggande för utbredning av kosmisk strålning och ger avgörande begränsning av de fysiska processerna i det interstellära mediet och ursprunget till kosmiska magnetfält.

Prof. Han, en ledande forskare inom detta forskningsfält, har bestämt magnetfältsstrukturerna längs den galaktiska skivans spiralarmar genom ett långsiktigt projekt för att mäta polariseringen av pulsarer och deras Faraday-effekter.

1997 fann han en slående antisymmetri av Faraday-effekterna av kosmiska radiokällor på himlen med avseende på koordinaterna för vår Vintergatans galax, som berättar att magnetfälten i Vintergatans halo har en toroidformad fältstruktur , med omvända magnetfältsriktningar under och ovanför det galaktiska planet.

Men att bestämma storleken på dessa toroider eller styrkan på deras magnetiska fält har varit en tuff uppgift för astronomer i årtionden.

De misstänkte att antisymmetrin i himmelsfördelningen av Faraday-effekter från radiokällor kunde produceras enbart av det interstellära mediet i närheten av solen eftersom pulsarer och några närliggande radioemissionsobjekt, som är ganska nära solen, visar Faraday-effekter överensstämmer med antisymmetri.

Nyckeln är att visa huruvida magnetfält i den stora galaktiska halo hade en sådan ringformad struktur utanför solens närhet eller inte.

I denna studie föreslog Prof. Han innovativt att Faraday-rotationen från det interstellära mediet i närheten av solen skulle kunna räknas genom mätningar av ett stort antal pulsarer, av vilka några nyligen har erhållits av Five-hundre Aperture Sfärical radioteleskop (FAST) själva, och sedan skulle bidraget kunna subtraheras från mätningarna av kosmiska bakgrundskällor.

Alla Faradays rotationsmätningsdata under de senaste 30 åren samlades in av Dr. Xu. Genom dataanalys fann forskare att antisymmetrin hos Faraday-rotationsmätningarna som orsakas av mediet i den galaktiska halo finns på hela himlen, från mitten till anti-centrum av vår Vintergatan, vilket innebär att de toroidformade magnetfälten av en sådan udda symmetri har en enorm storlek, som finns i en radie från 6 000 ljusår till 50 000 ljusår från Vintergatans centrum.

Denna studie ger människor en ny förståelse av vår Vintergatans fysik och är ett landmärke för forskningen om de kosmiska magnetfälten.

Mer information: J. Xu et al, The Huge Magnetic Toroids in the Milky Way Halo, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad3a61

Journalinformation: Astrofysisk tidskrift

Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences