برای اولین بار، ستارهشناسان میدان مغناطیسی یک خوشه کهکشانی کامل را، از هسته مرکزی آن تا مرزهای بیرونیاش، بازسازی کردهاند.
این دستاورد بیسابقه، حاصل عمیقترین مشاهدات انجام شده تاکنون بر روی خوشه کهکشانی Abell 2255 است که در فاصله حدود یک میلیارد سال نوری قرار دارد. این مشاهدات به لطف تلسکوپ رادیویی اروپایی LOFAR (آرایه فرکانس پایین) امکانپذیر شده است.
Abell 2255 مدتهاست که به دلیل پیچیدگیاش در امواج رادیویی شناخته شده است. انتشارات رادیویی وسیع و پراکنده آن توسط ذراتی به نام الکترونها ایجاد میشود که با سرعتهای نزدیک به نور (نسبیتی) حرکت میکنند و با میدانهای مغناطیسی کهکشانها در خوشه برهمکنش دارند. بنابراین، استفاده از Abell 2255 به عنوان یک آزمایشگاه کیهانی برای مطالعه جهان در امواج رادیویی میتواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از چگونگی پیدایش و تکامل میدانهای مغناطیسی به دست آورند. این مشاهدات همچنین میتواند به ترسیم تصویری از دینامیک گاز داغ در خوشههای کهکشانی کمک کند. این امر میتواند چگونگی ساخت بزرگترین ساختارهای جهان را آشکار سازد.
به عنوان بخشی از پروژه میدان فوقعمیق خوشه کهکشانی LOFAR، این تیم ۲۲۴ ساعت جمعآوری تصویر رادیویی را برای کشف این موضوع به کار بردند که توزیع میدانهای مغناطیسی در مقیاس بزرگ در سراسر Abell 2255 (که خود چندین میلیون سال نوری وسعت دارد) به صورت تصادفی نیست. در عوض، به نظر میرسد این میدانهای مغناطیسی توسط حرکت گازی که در طول شکلگیری این خوشه کهکشانی رخ داده است، سازماندهی شدهاند.
آندریا بوتئون، رهبر تیم از موسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF)، در بیانیهای اظهار داشت: «به دست آوردن تصاویر بسیار حساس از خوشههای کهکشانی در طول موجهای رادیویی برای درک چگونگی شتاب گرفتن الکترونها تا سرعتهای نسبیتی و تقویت میدانهای مغناطیسی در مقیاسهای کیهانی بزرگ بسیار حیاتی است. پیچیدگی این مطالعات به دلیل گریزناپذیری سیگنال رادیویی از الکترونهایی است که در میدانهای مغناطیسی بسیار ضعیف حرکت میکنند. ما معتقدیم که مکانیزمی که این انتشارات رادیویی غولپیکر را فعال میکند، با فرآیند شکلگیری خوشههای کهکشانی مرتبط است.»
بوتئون افزود که برای این تحقیق، او و همکارانش عمیقترین مشاهدات رادیویی انجام شده تاکنون را با یک تکنیک تحلیل داده نوآورانه ترکیب کردند که به آنها امکان داد برای اولین بار شکل میدان مغناطیسی یک خوشه کهکشانی را بازسازی کنند.
بوتئون گفت: «همبستگی خطوط میدان مغناطیسی مشاهده شده در برخی مناطق خوشه نشان میدهد که مورفولوژی میدان به طور ذاتی با دینامیک گاز که در آن قرار دارد، مرتبط است، جایی که میتواند توسط حرکات مرتبط با شکلگیری خود خوشه کشیده یا فشرده شود.»
این تحلیل نشان داد که در برخی مناطق، میدانهای مغناطیسی مسیرهای بسیار خاصی را دنبال میکنند و به صورت شعاعی در امتداد انتشارات رادیویی گسترده کشیده میشوند. در مقابل، در مناطقی که امواج شوک غالب هستند، میدانهای مغناطیسی به صورت مماسی جهتگیری میکنند. این نشان میدهد که میدانهای مغناطیسی در Abell 2255 توسط همان دینامیکی شکل گرفتهاند که به خوشهها امکان میدهد گاز را جذب کرده و رشد کنند.
این اولین شواهد رصدی را ارائه میدهد که همان مکانیزمهایی که به کهکشانها امکان رشد و خوشهبندی را میدهند و بزرگترین ساختارهای جهان را ایجاد میکنند، میدانهای مغناطیسی آنها را نیز شکل میدهند.
تحقیقات این تیم برای انتشار در مجله Astronomy & Astrophysics پذیرفته شده و به عنوان مقالهای پیش از داوری همتا در سایت مخزن arXiv در دسترس است.