Cosmological magnetic fields: their generation, evolution and observation

被引:606
作者
Durrer, Ruth [1 ,2 ]
Neronov, Andrii [3 ,4 ]
机构
[1] Univ Geneva, Dept Phys Theor, CH-1213 Geneva, Switzerland
[2] Univ Geneva, Ctr Astroparticle Phys, CH-1213 Geneva, Switzerland
[3] Univ Geneva, Observ Geneva, ISDC Data Ctr Astrophys, CH-1290 Versoix, Switzerland
[4] Univ Geneva, Ctr Astroparticle Phys, CH-1290 Versoix, Switzerland
基金
瑞士国家科学基金会;
关键词
Cosmology; Magnetic fields; Early Universe; Cosmic microwave background; Gamma rays; EXTRAGALACTIC BACKGROUND LIGHT; ENERGY COSMIC-RAYS; ELECTROWEAK PHASE-TRANSITION; LARGE-SCALE STRUCTURE; FARADAY-ROTATION SEARCH; ACTIVE GALACTIC NUCLEI; TEV GAMMA-RAYS; INTERGALACTIC MEDIUM; AREA TELESCOPE; FILLING FACTOR;
D O I
10.1007/s00159-013-0062-7
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We review the possible mechanisms for the generation of cosmological magnetic fields, discuss their evolution in an expanding Universe filled with the cosmic plasma and provide a critical review of the literature on the subject. We put special emphasis on the prospects for observational tests of the proposed cosmological magnetogenesis scenarios using radio and gamma-ray astronomy and ultra-high-energy cosmic rays. We argue that primordial magnetic fields are observationally testable. They lead to magnetic fields in the intergalactic medium with magnetic field strength and correlation length in a well defined range. We also state the unsolved questions in this fascinating open problem of cosmology and propose future observations to address them.
引用
收藏
页数:109
相关论文
共 307 条
[1]   First observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin suppression [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Ben Zvi, S. Y. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Connolly, B. C. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. ;
Sokolsky, P. ;
Song, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (10)
[2]   Indications of Proton-Dominated Cosmic-Ray Composition above 1.6 EeV [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Al-Seady, M. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Anderson, R. J. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Liu, J. ;
Lundquist, J. P. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (16)
[3]   ANALYSIS OF LARGE-SCALE ANISOTROPY OF ULTRA-HIGH ENERGY COSMIC RAYS IN HiRes DATA [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Amann, J. F. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Findlay, J. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Ivanov, D. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Koers, H. ;
Loh, E. C. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. D. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, M. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. ;
Sokolsky, P. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2010, 713 (01) :L64-L68
[4]   Search for correlations between HiRes stereo events and active galactic nuclei [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
BenZvi, S. Y. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Boyer, J. H. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Findlay, J. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Ivanov, D. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Knapp, B. C. ;
Loh, E. C. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Mannel, E. J. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. D. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Seman, M. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2008, 30 (04) :175-179
[5]   A study of the composition of ultra-high-energy cosmic rays using the high-resolution fly's eye [J].
Abbasi, RU ;
Abu-Zayyad, T ;
Archbold, G ;
Atkins, R ;
Bellido, J ;
Belov, K ;
Belz, JW ;
BenZvi, S ;
Bergman, DR ;
Boyer, J ;
Burt, GW ;
Cao, Z ;
Clay, R ;
Connolly, BM ;
Dawson, B ;
Deng, W ;
Fedorova, Y ;
Findlay, J ;
Finley, CB ;
Hanlon, WF ;
Hughes, GA ;
Huntemeyer, P ;
Jui, CCH ;
Kim, K ;
Kim, MA ;
Knapp, B ;
Loh, EC ;
Maetas, MM ;
Martens, K ;
Martin, G ;
Manago, N ;
Mannel, EJ ;
Matthews, JAJ ;
Matthews, JN ;
O'Neill, A ;
Perera, L ;
Reil, K ;
Riehle, R ;
Roberts, MD ;
Sasaki, M ;
Seman, M ;
Schnetzer, SR ;
Simpson, K ;
Smith, JD ;
Snow, R ;
Sokolsky, P ;
Song, C ;
Springer, RW ;
Stokes, BT ;
Thomas, JR .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2005, 622 (02) :910-926
[6]   TeV gamma-ray sources from a survey of the Galactic plane with Milagro [J].
Abdo, A. A. ;
Allen, B. ;
Berley, D. ;
Casanova, S. ;
Chen, C. ;
Coyne, D. G. ;
Dingus, B. L. ;
Ellsworth, R. W. ;
Fleysher, L. ;
Fleysher, R. ;
Gonzalez, M. M. ;
Goodman, J. A. ;
Hays, E. ;
Hoffman, C. M. ;
Hopper, B. ;
Huentemeyer, P. H. ;
Kolterman, B. E. ;
Lansdell, C. P. ;
Linnemann, J. T. ;
McEnery, J. E. ;
Mincer, A. I. ;
Nemethy, P. ;
Noyes, D. ;
Ryan, J. M. ;
Parkinson, P. M. Saz ;
Shoup, A. ;
Sinnis, G. ;
Smith, A. J. ;
Sullivan, G. W. ;
Vasileiou, V. ;
Walker, G. P. ;
Williams, D. A. ;
Xu, X. W. ;
Yodh, G. B. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2007, 664 (02) :L91-L94
[7]  
Abergel A, 1996, ASTRON ASTROPHYS, V308, pL5
[8]   Correlation of the highest-energy cosmic rays with the positions of nearby active galactic nuclei [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Armengaud, E. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Atulugama, B. S. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Barbosa, A. F. ;
Barnhill, D. ;
Barroso, S. L. C. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bernardini, P. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blasi, P. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2008, 29 (03) :188-204
[9]   Correlation of the highest-energy cosmic rays with nearby extragalactic objects [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez, C. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Armengaud, E. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Atulugama, B. S. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Barbosa, A. F. ;
Barnhill, D. ;
Barroso, S. L. C. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bernardini, P. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blasi, P. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. .
SCIENCE, 2007, 318 (5852) :938-943
[10]   Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above 1018 eV [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arisaka, K. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)