横跨整个星系的磁场形成速度可能比传统理论预测的要快得多。通过研究星系形成过程中坍缩等离子体的行为，研究人员发现了一种能加速磁场增长、使其超出标准预期的机制。图片来源：Shutterstock

星系磁场可能由坍缩的等离子体和湍流驱动而形成得异常迅速。

星系能多快形成延伸数千光年的有序磁场？传统模型认为这个过程需要数十亿年，但对真实星系的观测表明时间线要快得多。

发表在《物理评论快报》上的一项研究为这种不匹配提供了一种可能的解决方案。研究人员提出，在星系形成过程中，等离子体云坍缩时能够快速促进磁场的增长。

宇宙中大多数可见物质以等离子体的形式存在，这种状态会对重力、温差和旋转等力作出反应。这些力会产生湍流，在这种条件下，发电机理论预测现有磁场会变得更强。这一理论仍是科学家用来解释宇宙磁场起源的主要工具。

然而，发电机理论有其局限性，帕拉维说，她是国际理论科学中心（ICTS）的助理教授，也是这项研究的合著者。特别是，它难以解释对具有数千光年范围强磁场的年轻星系的观测结果。

星系形成的新视角

这项研究探讨了星系形成早期阶段发电机过程可能会如何表现出不同的行为。它聚焦于电离气体的坍缩云，这是星系形成的关键步骤。ICTS的研究生、该研究的主要作者Irshad表示：当星系形成时，引力本身可以搅动等离子体，从而放大磁场。

通过分析方法，研究人员表明这种重力驱动的运动可以加速磁场的形成。他们的研究结果表明，这些磁场的形成时间可能比之前认为的要早得多。

他们将这种效应与坍缩过程中湍流运动的变化联系起来。湍流会产生被称为涡流的漩涡模式，类似于流动水中的水流。磁场的增长速率取决于这些涡流的旋转速度，这被称为周转速率。

随着云团收缩，这种周转速率会增加。研究团队发现，这会导致磁场强度出现超指数增长，为解释年轻星系中观测到的强磁场提供了一种途径。他们的数值结果还表明，这些磁场的强度可能超过基于标准发电机理论的预测。

数学框架与局限性

为了进行分析，研究人员使用了一种被称为超共动坐标系的数学方法。在宇宙学中，这种方法可以解释宇宙的膨胀。

这些坐标本质上使得坍缩星系的方程与静态星系的方程相同，从而让计算变得非常简单，伊尔沙德说。这对于均匀坍缩的球状系统很有效，但我们需要扩展这项研究以适用于更现实的情况。

尽管有这些见解，关键问题仍然存在。关于时间尺度的这个‘零阶问题’，我们还有很多要学习的地方。帕拉维说。科学家们正在开发计算模型来模拟宇宙中结构的形成，而这项研究提供的预测有助于测试和完善这些模型。

虽然在塑造宇宙结构方面，磁力通常比引力弱得多，但研究结果表明，强而有序的磁场可能比预期出现得更早。随着时间的推移，这些磁场可能在引导宇宙演化方面发挥了微妙但持久的作用。

参考文献：《坍缩云团中的湍流发电机》，作者：MuhammedIrshadP.、PallaviBhat、KandaswamySubramanian和AnvarShukurov，2026年3月5日，《物理评论快报》。DOI：10.1103fp1vxrr5

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宇宙是所有时间、空间及其中物质与能量的总和，主流理论认为它起源于约138亿年前的大爆炸。它包含无数星系、恒星、行星、星云，还有暗物质和暗能量，人类通过望远镜、探测器持续探索，可宇宙的边界、终极命运等诸多奥秘仍待解开。

BY: Tata Institute of Fundamental Research

FY: AI