Слабые, но удивительно однородные магнитные поля пронизывают всю Вселенную, распространяясь между галактиками. Об их существовании известно достаточно давно, однако их происхождение по-прежнему остается загадкой.
Группа физиков из Университета Макгилла и Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Роберта Бранденбергера и Юрга Фрелиха предложила механизм, который может пролить свет на происхождение магнитных полей. По мнению ученых, он связан с темной материей — а именно с ее особой формой, состоящей из сверхлегких частиц.
Магнитные поля присутствуют повсюду — от галактик до межгалактического пространства, и ранее считалось, что такие поля могли возникнуть только в самые первые минуты после Большого взрыва, когда действовали совершенно особенные, неизвестные современной физике законы. Новое исследование ставит под сомнение эту гипотезу и предлагает более «поздний» сценарий — возникновение магнитных полей спустя сотни тысяч лет после появления космического микроволнового фона, когда во Вселенной уже существовали атомы и погас первичный плазменный «туман».
Ключевую роль в новой теории играет гипотетическая частица, известная как аксион. Аксионы представляют собой кандидатов на роль так называемой сверхлегкой темной материи, частицы с крайне малой массой, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом. Согласно теории, аксионное поле может когерентно колебаться по всей Вселенной и при этом связано с электромагнитным полем.
Физики показали, что эти колебания способны вызвать особый тип резонанса — так называемую псевдотахионную неустойчивость. В результате длинноволновые компоненты электромагнитного поля начинают экспоненциально усиливаться, создавая те самые слабые, но однородные магнитные поля межгалактических масштабов.
Особенно важно, что предложенный механизм функционирует в относительно «поздние» космологические эпохи — после так называемой рекомбинации, произошедшей примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва. В этот период Вселенная уже достаточно остыла, чтобы электроны и ядра объединились в нейтральные атомы, и магнитные поля получили возможность сохраняться на продолжительное время.
Теперь авторы исследования намерены выяснить, какую долю энергии темной материи этот процесс мог преобразовывать в электромагнитную, и как это взаимодействие повлияло на дальнейшее развитие Вселенной. Кроме того, ученые предполагают, что описанный механизм может быть связан с еще одной крупной загадкой астрофизики — возникновением сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Для проверки этих гипотез, по словам Бранденбергера, потребуется провести серию численных симуляций.
Если гипотеза будет подтверждена, то связь между темной материей и космическими магнитными полями станет еще одним примером того, как невидимое вещество может определять структуру всей Вселенной.
Фото: hi-tech.mail.ru