То, как Вселенная получила свои большие магнитные поля, остается одной из самых сложных нерешённых проблем в астрофизике . Теперь исследователи предложили новое решение: гигантскую «пылевую батарею», работавшую, когда появились первые звезды.
Магнитные поля есть везде во вселенной. Конечно, есть магнитное поле Земли , которое отклоняет опасное космическое излучение, двигает наши компасы и направляет стаи перелетных птиц. Но другие планеты и звезды тоже имеют магнитные поля, а магнитные поля Юпитера и Солнца мощнее земных.
Даже вся галактика Млечный Путь имеет свое магнитное поле. Оно примерно в миллион раз слабее земного, но простирается на десятки тысяч световых лет, охватывая всю галактику. Астрономам известны еще более крупные магнитные поля, некоторые из которых заполняют целые скопления галактик, достигающие нескольких миллионов световых лет в поперечнике.
Так откуда же берутся эти гигантские магнитные поля? Хотя они относительно слабы, они невероятно велики. Поэтому то, что их создало, должно было исходить из достаточно энергичных, крупномасштабных источников. За десятилетия астрономы предложили ряд механизмов, большинство из которых основано на динамо-процессе, который берет слабые «затравочные» поля и усиливает их до современных значений.
Но это просто отодвигает ворота еще дальше. Откуда вообще берутся слабые посевные поля?
В статье, представленной в The Astrophysical Journal в октябре, исследователи предложили новое решение. Их сценарий начинается на космической заре , когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет, а первые звезды и галактики только начинали светить. После того, как эти первые звезды умерли, они оставили после себя частицы более тяжелых элементов, которые нашли друг друга в межзвёздном пространстве, чтобы стать первыми пылинками.
Эти пылинки, как правило, электрически заряжались посредством бомбардировки излучением и трения друг о друга. Когда загоралось второе поколение звезд, их интенсивный свет просвечивал сквозь весь окружающий их газ и пыль. Если бы эти звезды были достаточно мощными, их излучение могло бы буквально толкать пылинки, заставляя их двигаться через остальной газ. Эти движущиеся, электрически заряженные пылинки создавали бы слабый, но широкомасштабный электрический ток, как медный провод 1000 световых лет в поперечнике.
Поскольку фильтрация излучения через межзвездный газ не будет идеально равномерной, движущиеся частицы пыли будут иметь тенденцию скапливаться в одних местах и рассеиваться в других. Это создаст различия в величине электрического тока от места к месту, что, по законам электромагнетизма, естественным образом приведет к возникновению магнитного поля.
В новом исследовании ученые обнаружили, что это магнитное поле будет невероятно слабым — примерно в одну миллиардную часть силы магнитного поля Земли . Но оно будет достаточно большим, чтобы другие астрофизические процессы, такие как смешивание и динамо-усиление, могли зацепиться за это семенное поле и создать магнитные поля, которые мы видим сегодня.
Однако это всего лишь гипотеза. Исследователи завершили свою работу рецептом включения этого механизма в симуляции эволюции галактик и их магнитных полей. Это важный шаг в сравнении полных магнитных полей, предсказанных этой теорией, с теми, которые мы видим в реальной Вселенной. Мы не можем перевести часы назад, чтобы увидеть, какими были магнитные поля Вселенной много лет назад, но мы можем использовать такие идеи, чтобы попытаться реконструировать прошлое.