揭示不可见的事物探测河外磁场的变化

磁场在整个宇宙中很常见，但研究起来却极具挑战性。它们不直接发射或反射光，来自整个电磁频谱的光仍然是天体物理数据的主要提供者。相反，研究人员必须找到相当于宇宙铁屑的物质——星系中对磁场敏感的物质，并且还会发出由磁场结构和强度标记的光。

在《天体物理学杂志》上发表的一项新研究中，几位斯坦福大学的天体物理学家研究了来自这种材料的红外信号——嵌入恒星形成区域寒冷、稠密云中的磁排列尘埃颗粒。与来自宇宙射线电子的光(在较温暖、更分散的物质中被磁场标记)的比较显示，所测量的星系磁场存在令人惊讶的差异。

斯坦福大学天体物理学家、科维理粒子加速与宇宙学研究所 (KIPAC) 成员恩里克·洛佩兹-罗德里格斯解释了这些差异以及它们对星系生长和演化的意义。

洛佩兹-罗德里格斯来自加那利群岛，作为平流层红外天文学观测站 (SOFIA) 的一名科学家来到湾区，这架波音 737 喷气式客机经过改装，可在阻挡红外光的大部分大气尘埃和水蒸气上方携带仪器。在 SOFIA 项目于 2022 年结束之前，洛佩兹-罗德里格斯加入了斯坦福大学，作为 SALSA(与 SOFIA 进行的河外乳磁调查)的主要研究人员之一，他继续分析遗留的 SOFIA 数据。

为了清晰和简洁，本次采访经过编辑。

你能描述一下你的发现吗?是什么让它们如此具有开创性?

这是第一项比较其他星系不同物理环境中磁场的研究。为此，我们在射电和远红外波长下观察了 15 个不同的附近星系。这项研究有两名不同的主要研究人员：我负责红外数据，德国马克斯普朗克射电天文研究所的 Sui Ann Mao 负责射电数据。

我们的小组在同一星系中发现了两个截然不同的磁场。无线电观测在我们研究的银盘上方一到两千秒差距(一千秒差距为 3,260 光年)的电离、温暖和扩散介质中追踪到一个非常有序的磁场，而银河系中平面中磁性排列的尘埃颗粒发射的远红外光圆盘显示的磁场几乎是混乱的两倍。总之，恒星形成较多的区域具有更强、更混乱的磁场。

这些混沌磁场告诉我们什么?

由于恒星形成活动和分子云的形成，旋臂具有缠结的磁场，这表明存在高度湍流，并且可能是磁场可能被放大的地方。相比之下，螺旋星系臂之间的区域以及盘上方和下方的介质中具有有序的磁场，这表明星系旋转可能在这些磁场的排序中发挥了作用。

一般来说，我们不知道磁场在星系演化中的作用，但这些远红外观测告诉我们，磁场与恒星形成区域有着内在的联系，而恒星形成区域是星系形成的关键。我们不知道它们到底是如何相关的，但我们认为两者之间可能存在某种反馈循环。

下一步是什么?您将如何寻找反馈循环的本质?

有了这个结果，我们现在可以对其他星系中的磁场进行三维研究，这将有助于我们研究它们对恒星形成活动和星系演化的影响。

但我们还需要具有更高角分辨率的观测，以便我们可以更仔细地观察恒星形成区域，并且我们还需要研究整个宇宙时间的磁场。好消息是我们已经通过 ALMA(阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列)获得了此类数据。此外，美国宇航局的下一代太空任务还包括我们用来研究星系统计样本中磁场的相同类型的远红外偏振观测，而且效果更好。

斯坦福大学的其他几位研究人员也参与了这项研究。你们怎么都聚集到这里来了?

就我自己而言，在 NASA，我是一名仪器科学家，与 SOFIA 一起飞行了 100 多次——虽然每次飞行都是一次冒险，但对我来说真的次数太多了。我们在本研究中使用的大部分观察结果都是我使用 HAWC+(高分辨率机载宽带相机+，远红外成像仪和旋光计)进行的。我了解仪器以及如何处理数据，并创建了一种新的观察模式，将灵敏度和观察采集时间提高了 300%。我的研究重点是星系磁场的研究，由于我已经与仪器、数据采集和分析密切合作，所以这个项目是完美的匹配。

离开 SOFIA 后，我想从事全职科学工作，KIPAC 很好地为我打开了大门。特别是当我发现[助理教授]苏珊克拉克也来到这里并意识到她的研究目标与我的非常吻合时。我们还有 Mehrnoosh [Tahani]，他在无线电中研究银河系磁场;Sergio [Martin-Alvarez]，他进行磁流体动力学模拟;以及 Alex [Alejandro S. Borlaff]，他从 NASA 来访-艾姆斯，美国宇航局博士后研究员。

现在，我们在斯坦福大学拥有广泛的磁学专业知识，这使我们成为一支独特的团队，能够从这些 SALSA 观察中提取最多的科学知识。