На самых ранних этапах существования Вселенной магнитные поля, возможно, были в миллиарды раз слабее магнита холодильника, а их сила была сопоставима с магнетизмом, генерируемым нейронами в человеческом мозге. Несмотря на такую слабость, количественные следы их существования всё ещё сохраняются в космической паутине — видимых космических структурах, пронизывающих всю Вселенную.
Эти выводы получены в результате исследования, в котором использовалась примерно четверть миллиона компьютерных симуляций, проведённых группой из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте в сотрудничестве с университетами Хартфордшира, Кембриджа, Ноттингема, Стэнфорда и Потсдама. Данные наблюдений впоследствии были использованы для подтверждения этих результатов.
Исследование, недавно опубликованное в журнале Physical Review Letters, определяет как возможные, так и максимальные значения силы первичных магнитных полей. Оно также даёт возможность уточнить наши знания о ранней Вселенной и формировании первых звёзд и галактик.
Космическая паутина
Космическая паутина, о которой ещё многое предстоит узнать, представляет собой нитевидную структуру, соединяющую галактики и пронизывающую Вселенную. Одна из её многочисленных неразгаданных тайн — почему она намагничена не только вблизи галактик, где это можно было бы ожидать, но и в отдалённых регионах, которые малонаселённы и составляют основную часть космической паутины. Это сложнее объяснить.
Такие комментарии принадлежат Маку Павичевичу, аспиранту SISSA и ведущему автору исследования, и Маттео Виелю, его научному руководителю и соавтору исследования. Они предполагают, что это может быть наследием событий, происходящих в космические эпохи во время рождения Вселенной, и что магнетизм был связан, по сути, с физическими процессами в первичной Вселенной. Например, нити могли намагничиваться в процессе инфляции до так называемого Большого взрыва или в результате событий в более поздние эпохи, называемых фазовыми переходами.
Цель исследования
Целью их работы было выяснить это, а также оценить величину этих первичных магнитных полей. Они установили верхний предел и попытались измерить их силу.
Международная группа использовала более 250 000 компьютерных симуляций для изучения космической паутины и лучшего понимания влияния первичных магнитных полей. Вид Иршич из Университета Хартфордшира и соавтор исследования подчёркивают, что «это наиболее реалистичные и масштабные современные симуляции влияния первичного магнитного поля на межгалактическую космическую паутину».
Павичевич и Виель объясняют: «Сравнивая эти симуляции с данными наблюдений, мы увидели, что наши гипотезы были верны. Когда влияние первичных полей включено в картину, космическая паутина выглядит иначе и больше соответствует наблюдаемым данным. В частности, мы можем сказать, что стандартная модель Вселенной с очень слабым магнитным полем около 0,2 наногаусса на самом деле гораздо лучше соответствует экспериментальным данным».
Учёные получили особенно низкое значение для величины первичных магнитных полей, установив новый верхний предел, который в несколько раз ниже, чем предполагалось ранее.
Павичевич и Виель продолжают: «Наше исследование устанавливает строгие ограничения на интенсивность магнитных полей, сформировавшихся в самые ранние моменты Вселенной, и согласуется с недавними результатами, полученными в независимых данных и исследованиях космического микроволнового фона».
Эти доказательства помогут нам улучшить понимание событий в ранней Вселенной. Магнитное поле увеличило бы плотность космической паутины, что, в свою очередь, ускорило бы процесс формирования звёзд и галактик. Результаты можно будет дополнительно проверить с помощью наблюдений, сделанных космическим телескопом Джеймса Уэбба.
«Эти новые ограничения не только помогут нам понять влияние первичных магнитных полей на эволюцию космоса, но и будут иметь важные последствия для других теоретических моделей, которые улучшают формирование структур».
Предоставлено:
[Международная школа перспективных исследований (SISSA)](https://phys.org/partners/international-school-of-advanced-studies–sissa-/)