臺北市立天文科學教育館

宇宙磁場的起源和演化一直是天文學前沿研究中的一個長期未解之謎。雖然我們仍然不知道磁場在宇宙中是如何產生的，但是天文學家確信我們所處的銀河系有著一個既有的磁場結構。然而，確定銀河系中大尺度的磁場結構，數十年來一直是許多天文學家面臨的重大挑戰。最近一項新的研究結果揭示了銀河系銀暈中巨大的環狀磁場結構，這個結構對宇宙射線的傳播影響至關重要，並且為星際介質中的物理過程提供了重要約束。

在先前的研究中，透過長期測量銀河系中脈衝星的偏振和法拉第效應，已確定了銀河盤旋臂上的磁場結構。電波觀測也發現法拉第效應在銀河盤面上下方向相反的對稱性。這證明了銀河系銀暈中的磁場具有環狀結構，並且在銀河盤面上下的磁場方向相反。然而，確定銀河系磁場結構的強度，也是數十年來天文學家們的艱巨任務。天文學家懷疑電波觀測中看到的法拉第效應的相反對稱性可能僅僅是由於太陽附近的星際介質所產生的，因此關鍵在於證明銀河系廣大銀暈中的磁場在太陽附近之外是否具有這樣的環狀結構。

在這次研究中，研究團隊花了近30年收集電波測量數據，透過測量大量脈衝星的觀測來計算出星際介質的法拉第旋轉，並進行剔除背景宇宙源的校正，其中部分數據是由中國的500公尺口徑電波望遠鏡FAST獲得。最終，研究團隊發現由銀河系銀暈中的介質引起的法拉第旋轉的反向對稱性存在於整個天空，從銀河系中心到外圍，這意味著大尺度對稱性的環狀磁場存在於距銀河系中心6,000光年至50,000光年的半徑範圍內。這項研究為人類提供了對銀河系物理的新理解，並且是宇宙磁場研究的一個里程碑。

（編譯／段皓元）

圖說：銀河系銀暈中磁場結構示意圖。Credit: NAOC

資料來源：Xu et al. 2024; NAOC