Учені дають відповідь, звідки взялися магнітні поля Всесвіту

Як у Всесвіті з’явилися великі магнітні поля, залишається однією з найважчих невирішених проблем астрофізики. Тепер дослідники запропонували нове рішення: гігантська «пилова батарея», яка працювала, коли з’явилися перші зірки. Магнітні поля є скрізь у Всесвіті. Звичайно, є магнітне поле Землі, яке відхиляє небезпечне космічне випромінювання, рухає нашими компасами та спрямовує зграї мігруючих птахів. Але й інші планети й зірки мають магнітні поля, а магнітні поля Юпітера й Сонця потужніші, ніж поля Землі.

Навіть уся галактика Чумацький Шлях має власне магнітне поле. Він приблизно в мільйон разів слабкіший за земний, але простягається на десятки тисяч світлових років, охоплюючи всю галактику. Астрономам відомі ще більші магнітні поля, деякі з яких заповнюють цілі скупчення галактик, розмір яких може досягати кількох мільйонів світлових років.

Тож звідки беруться ці гігантські магнітні поля? Незважаючи на те, що вони відносно слабкі, вони неймовірно великі. Тож те, що їх створило, повинно було походити з відповідних енергетичних великомасштабних джерел. Протягом десятиліть астрономи запропонували низку механізмів, більшість із яких покладаються на процес динамо, який бере слабкі «початкові» поля та підсилює їх до сучасних значень.

Але це лише відсуває стійку воріт ще далі. Звідки взагалі беруться слабкі насіннєві поля?

У документі, наданому The Astrophysical Journal у жовтні, дослідники запропонували нове рішення. Їхній сценарій починається на світанку космосу, коли Всесвіту було лише кілька сотень мільйонів років і почали сяяти перші зірки та галактики. Після того, як ці перші зірки загинули, вони залишили шматочки важчих елементів, які знайшли один одного в міжзоряному просторі, щоб стати першими порошинками.

Ці частинки пилу, як правило, були електрично заряджені через бомбардування радіацією та тертя одне об одне. Коли друге покоління зірок спалахнуло, їх інтенсивне світло просіяло крізь газ і пил, що їх оточували. Якби ці зірки були достатньо потужними, їхнє випромінювання могло б буквально тиснути на порошинки, змушуючи їх рухатися крізь решту газу. Ці рухомі електрично заряджені частинки пилу створюють слабкий, але широкомасштабний електричний струм, як мідний дріт діаметром 1000 світлових років.

Оскільки фільтрація випромінювання через міжзоряний газ не буде ідеально рівномірною, частинки пилу, що рухаються, будуть прагнути злипатися в одних місцях і розсіюватися в інших. Це створило б різницю в кількості електричного струму від місця до місця, що, згідно із законами електромагнетизму, природним чином призвело б до виникнення магнітного поля.

У новому дослідженні дослідники виявили, що це магнітне поле буде неймовірно слабким — приблизно одна мільярдна сила магнітного поля Землі. Але воно було б достатньо великим, щоб інші астрофізичні процеси, такі як змішування та посилення динамо, могли зачепитися за це початкове поле та створити магнітні поля, які ми бачимо сьогодні.

Однак це лише гіпотеза. Дослідники завершили свою роботу рецептом включити цей механізм у моделювання еволюції галактик та їхніх магнітних полів. Це важливий крок у порівнянні повних магнітних полів, передбачених цією теорією, з тими, які ми бачимо в реальному Всесвіті. Ми не можемо перемотати годинник назад, щоб побачити, якими були магнітні поля Всесвіту давно, але ми можемо використовувати такі ідеї, щоб спробувати реконструювати минуле.