萊布尼茲研究所研究闡明星系團碰撞中射電殘跡的物理成因

德國萊布尼茲天體物理研究所（AIP）的研究團隊近期發表了一項關鍵性研究，為宇宙中橫跨數百萬光年的巨大弧形結構——「幽靈射電殘跡」——提供了明確的物理學解釋，成功解決了長期困擾天文界的觀測與理論矛盾。

這些射電殘跡的形成源於星系團碰撞過程中產生的巨大激波，這些激波能將電子加速至接近光速，從而發出訊號。然而，過去數十年的觀測結果顯示，這些殘跡的磁場強度被測得過高，同時，激波在射電波段的強度與X射線波段的測量結果存在不一致性，使得其持續存在的機制成為懸而未決的難題。此項研究成果已於2025年11月獲《天文與天體物理學報》接受刊登。

AIP的研究人員運用了多尺度、高解析度的宇宙學模擬技術，成功重構了這些射電殘跡的誕生與演化過程。他們專注於單一激波在星系團內部湍流區域中的傳播行為，為理解極端環境下的電子加速機制提供了堅實的理論基礎。研究團隊的模擬結果指出，強大的磁場是由主激波與周圍較小的激波相互作用所致，這種交互作用產生了湍流，進而壓縮磁場線，使其強度得以維持，從而調和了磁場強度過高的問題。

此外，研究也解決了射電與X射線測量不一致的矛盾：激波的結構並非均勻，而是存在局部強烈的區域，這些區域足以產生強烈的射電訊號，但望遠鏡測量時得到的是較低的整體平均值。這種非均勻性成功地將理論預測與NASA錢德拉X射線天文台和ESA XMM-Newton等儀器所獲取的實際觀測數據進行了對接。

萊布尼茲天體物理研究所（AIP）在宇宙學研究中，除了專注於星系天體物理學外，也深入探討宇宙磁場的行為，並積極開發先進技術。此次對射電殘跡的模擬，體現了理論工作與先進技術的結合，有助於揭示星系團內介質（ICM）中物質分佈的大尺度結構，標誌著天文學在解釋極端宇宙現象方面邁出了重要一步。