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真人赌场网址:遍布宇宙的无形磁场

作者:admin      发布日期:2020-07-17   点击:

天文学家发现,真人赌场网址:磁场遍及宇宙的大局部区域,若是这些磁场能够追溯到大爆炸期间,一个重要的宇宙学谜题可能就会因而迎刃而解。

这些磁场的存在彷佛有些莫名其妙——来自与冰箱磁贴同样的实体——围绕着地球、太阳和所有星系。20 年前,天文学家起头在星系团中探测到磁场,包孕星系之间的空间。无数隐形的磁力线就像指纹一般,穿梭于星系空间。

2019 年,天文学家终于胜利对星系团之间的广大空间停止了探测。这是一个愈加稀少的空间区域,在那里,他们发现了迄今为止最大的磁场:长度达 1000 万光年的磁化空间,横跨宇宙网的一整条 “纤维”!

使用同样的手艺,天文学家在宇宙的其他地方发现了第二条磁化 “纤维”,但这可能只是目古人类能看到的 “冰山一角”。

问题是:这些庞大的磁场从何而来?

天体物理学家对宇宙磁场停止了最前辈的计算机模拟,很明显,这与单个星系的流动、单次爆炸,或者超新星风没有关系,而且远远不止于此。

一种可能是,宇宙中的磁力是原始的,能够追溯到宇宙的诞生。在这种环境下,弱磁性应该无处不在,乃至存在于宇宙网的 “空洞”(void)中。在天文学中,空洞是指纤维状构造之间的空间,堪称宇宙中最暗中、最空旷的区域,无所不在的磁力会在星系和星系团中孕育出更强的磁场。

原始磁力也可能有助于处理另一个宇宙学难题:哈勃冲突(Hubble tension)。这可能是宇宙学中最热门的话题之一。

哈勃冲突问题的核心是,依照已知的成分,宇宙膨胀的速率彷佛明显快于预期。本年 4 月,宇宙学家卡尔斯顿 · 让达齐克(Karsten Jedamzik)和列翁 · 波戈相(Levon Pogosian)在线颁发了一篇论文,目前正在承受评审。他们在论文中指出,早期宇宙的弱磁场可能导致了今天所见到的宇宙膨胀速率比实践值更快。

原始磁场对哈勃冲突的解释简洁了然,以至于让达齐克和波戈相的论文麻利引起了人们的留神。这是一篇优秀的论文,设法很不。

该不都雅点还必要更多的检验,以确保早期的磁场不会影响其他宇宙学运算,即使这个设法在纸面上可行,钻研职员也必要找到原始磁场确实凿证据,以确定这就是塑造宇宙的缺失因素。

只管如斯,在这么多年来对哈勃冲突的探讨中,简直没有人思考过磁场因素,这彷佛有些稀罕。大多数宇宙学家简直不会思考磁场。“每小我都知道这是一个很大的难题”,几十年来,宇宙学家都无法果决磁场是否真的遍布存在,以及是否真的是宇宙的原始组成局部,因而他们根本上不会关注这方面。

与此同时,天体物理学家不断在网络数据。这些证据的分量使他们中的大多数人猜测,磁场的确无处不在。

宇宙的 “磁性之魂”

人类使用自然磁化的岩石制作指南针的汗青已有数千年。1600 年,英国科学家威廉 · 吉尔伯特(William Gilbert)通过对磁石的钻研,以为磁石的磁力 “彷如魂魄”。他正确地揣测地球本人是一块 “庞大的磁铁”,而天然磁石会 “朝向地球的南北极”。

只有有电荷活动,就会产生磁场。比方,地球的磁场来自于其内部的 “发电机”,即在地核中熔融铁对流运动所产生的电流。冰箱磁贴和磁石的磁场来自围绕其组成原子改变的电子。

宇宙学模拟对磁场若何浸透渗出到星系团中给出了两种可能的解释。左边是大爆炸后霎时弥散在宇宙中的统一 “种子”田。在右边,天体造成过程(比方恒星造成和物质流入超大质量黑洞)会产生磁化风,这些风会从星系中溢出。

然而,一旦运动中的带电粒子产生了 “种子”磁场,后者就能够与较弱的磁场连系,变得更大、更强。磁场 “有点像生命体”,由于磁场会接入所有能够抓住的自由能量源,并继续成长,它们能够传播并影响其他区域,也会在那里成长。

磁力是除引力之外惟一能塑造宇宙大规范构造的力,由于只要磁力和引力能力跨越遥远的间隔 “触及你”。比拟之下,电场是部分、短暂的,由于任何地方的正电荷和负电荷都会在整体上抵消。但是你无法消弭磁场;它们往往会累积并保存下来。

然而,只管有着如斯大的能量,这些磁场仍然保持着 “低姿势”。它们是无形的,只要对其他事物起作用时能力发觉到。荷兰莱顿大学的天文学家雷努特 · 范维伦(Reinout van Weeren)参与了比来对磁化纤维构造的探测,他说:“你不成能拍一张磁场的照片;它的原理不是如许的。”

在去年颁发的一篇论文中,雷努特 · 范维伦和 28 位合著者推断出在星系团 Abell 399 和 Abell 401 之间的纤维中存在磁场,由于他们探测到穿过此中的高速电子和其他带电粒子会扭转标的目的。当这些带电粒子的途径在磁场中扭曲时,它们会开释微弱的 “磁阻尼辐射”(synchrotron radiation)。

磁阻尼辐射信号在低频无线电波下最强,这为国际低频阵列射电千里镜(LOFAR)的探测提供了前提。LOFAR 是一个散布在欧洲各地的射电千里镜搜集,由 2 万个低频无线电天线组成。

LOFAR 由遍及欧洲的 20,000 个零丁的无线电天线组成。

2014 年,LOFAR 团队仅用了 8 个小时就从纤维构造上网络了数据,但射电天文学界花费了数年工夫来钻研若何校准 LOFAR 的测量值,使这些数据不断静静等待着。地球的大气层会折射达到地面的无线电波,因而 LOFAR 就像站在拍浮池底部不都雅察宇宙一样。钻研职员跟踪天空中 “信标”(位置切确的无线电发射器)的摆动,并通过校正这种摆动使所有数据变得分明,从而处理这个问题。当他们将去含糊算法应用到纤维的数据时,他们立即看到了磁阻尼辐射开释的信号。

这个纤维构造看起来已经被完全磁化,而不但仅出现于从两端对向挪动的星系团附近。钻研职员目前正在剖析一个 50 小时的数据集,他们希望从中提醒更多的细节。比来更多的不都雅测发现,磁场已经延伸到第二个纤维构造。钻研职员方案于近期颁发这项钻研成果。

至少存在于这两个纤维中的庞大磁场提供了重要的新信息。“这激起了相当多的流动,”雷努特 · 范维伦说,“由于现在我们知道,这些磁场是相对较强的。”

一束穿过空洞的光

若是这些磁场是在宇宙初期产生的,那么问题就酿成:它们是若何产生的?人们对这个问题已经思虑了很长工夫。

1991 年的实践提出,这些磁场可能是在电弱相转变时期出现的。电弱相变发生在大爆炸后的极短霎时,电磁力和弱核力别离,不再合并成单一的电弱彼此作用。另一些人则以为,磁场在质子造成后几微秒后才详细化。或者在那之后不久:已故的天体物理学家泰德 · 哈里森(Ted Harrison)在 1973 年提出了最早的原始磁天生实践,以为质子和电子的湍流等离子体可能导致了第一个磁场的造成。还有一些人提出,在这一切发生之前,即在宇宙暴胀过程中,空间就被磁化了。宇宙暴胀是空间的发作性膨胀,据称是宇宙大爆炸的起头。还有一种可能是,磁场直到大爆炸 10 亿年后,宇宙构造造成时才产生。

检验磁天生实践的方法是钻研最原始的星系间空间的磁场形式,好比纤维中恬静冷静僻静的局部和更空旷的空洞。某些细节,好比磁场线是腻滑的、螺旋状的仍是 “像纱线球一样到处弯曲”(按瓦查斯帕蒂所说),以及形式在差别地方和差别规范上若何改革,都携带着丰硕的信息。我们能够用这些信息与实践和模拟结果停止比较。比方,若是磁场在电弱相变时期出现,那么由此产生的磁场线应该是螺旋的,“就像开瓶器一样”。

问题是,我们很难探测到没有鞭策任何东西的力场。早在 1845 年,英国科学家迈克尔 · 法拉第(Michael Faraday)就创立了一种探测磁场的方法,原理是线性偏振的光线在穿过磁场时会发生改变。“法拉第改变”(又称 “法拉第效应”)的量取决于磁场的强度和光的频率。因而,通过测量差别频率的偏振,我们就能够推断出沿光波传播标的目的的磁性强度。若是在差别的地方如许做,你就能够制作出(磁场的)三维地图。

塞缪尔 · 维拉斯科 / Quanta 杂志

钻研职员已经起头利用 LOFAR 对 “法拉第改变”停止粗略的测量,但千里镜很难分辨出极其微弱的信号。天文学家瓦伦蒂娜 · 维卡几年前设计了一种算法,通过将许多空旷区域的测量数据叠加在一路,从统计学上梳理出眇小的法拉第改变信号。“原理上,这种方法能够应用于空洞,”维卡说道。

当下一代射电千里镜于 2027 年投入利用的时候,通过法拉第改变探测磁场的手艺将真正腾飞。这是一个宏大的国际项目,称为 “平方千米阵”(Square Kilometer Array,简称 SKA)。平方千米阵将造成一个很棒的法拉第改变信号探测网。该阵列将由上千台射电千里镜组成,估计将探测到宇宙大爆炸之后第一代恒星和星系造成时发出的电磁波,提醒磁场在恒星和星系演化过程中的作用,并探测暗能量产生的种种效应。

目前,空洞中存在磁性的惟一证据是,天文学家在不都雅察位于空洞前方的耀变体时,没有不都雅察到朝向地球的喷流。

耀变体是宇宙中最高能的征象之一,由来自于超大质量黑洞的伽马射线和其他高能的光线及物质组成。当伽玛射线在太空中传播时,它们有时会与远古的微波发生碰撞,酿成电子和正电子。然后这些粒子熄灭,酿成低能量的伽马射线。

但是在 2010 年,瑞士日内瓦天文台的安德里 · 尼罗诺夫(Andrii Neronov)和伊夫根 · 沃夫克(Ievgen Vovk)提出,若是耀变体的豁光亮束穿过一个磁化的空洞,低能量的伽马射线彷佛就会磨灭。磁场会使电子和正电子偏转到视线之外。因而,当它们衰变为低能伽马射线时,这些伽马射线就不会朝向地球。

终究上,当尼罗诺夫和沃夫克对另一个得当位置的耀变体的数据停止剖析时,他们看到了高能伽马射线,而不是低能伽马射线信号。瓦查斯帕蒂说:“信号的缺失才是真正的信号。”

“无信号”很难成为确凿的证据,已经有钻研者提出了关于伽马射线磨灭的另一种解释。然而,后续的不都雅察越来越指向尼罗诺夫和沃夫克的假说,即空洞被磁化了。这是多数人的看法,最具有说服力的是,在 2015 年,一个团队将许多对耀变体的测量数据叠加在空洞后面,胜利地梳理出耀变体四周低能伽马射线的微弱光晕。这种效果与预期的完全一致,即粒子在微弱的磁场——测量结果仅为冰箱磁贴强度的万亿分之一的百万分之一——影响下变得分散。

宇宙最大的谜团

惹人瞩目的是,这种原始磁场的切确强度可能恰是处理 “哈勃冲突”所必要的。钻研职员在一个充满等离子体的模拟年轻宇宙中参加弱磁场,发现等离子体中的质子和电子沿着磁场线飞行,并在磁场强度最弱的区域积攒。这种汇集效应使带电的质子和电子连系成电中性的氢原子。这种连系被称为 “复合”(recombination),是宇宙诞生早期的一种相变。

这个发现能够处理 “哈勃冲突”。宇宙学家通过不都雅察复合过程中发出的古夙儒辐射,计算出今天空间膨胀的速率。这束古夙儒的鲜昭示了一个年轻的宇宙,此中布满了由声波在原始等离子体中振荡而造成的团块。若是因为磁场的汇集效应,复合的工夫比原先料想的更早,那么声波就不能提早传播那么远,产生的团块也会更小。这意味着我们在天空中不都雅察到的那些复应期间遗留的成团特性,其传播间隔必定比钻研职员料想的更短。来自这些团块的光在被我们不都雅察到时,所经过的间隔也更短,意味着这些光必然穿越了膨胀更快的空间。“这就好像在一个不停扩张的外貌上奔跑;你走过的间隔会变短”。

结果就是,团块越小,意味着由此推断出的宇宙膨胀速度就越高,而这一膨胀速度也更接近超新星和其他天体现实上正在飞离的速率。

这可能会向我们提醒(磁场的)现实存在。计算结果剖明,处理哈勃冲突所需的原始磁场强度确实与耀变体的不都雅测结果,以及造成横跨星系团和纤维的庞大磁场所需的初始磁场的预计值一致。

“若是结论证明是正确的话,一切都能够串联起来”。



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