Складки, оставшиеся после большого взрыва, могли намагнитить Вселенную

По мере того, как космические струны — экзотические морщины в пространстве-времени, оставшиеся с самых ранних моментов Большого взрыва — путешествуют, они могут вызывать формирование магнитных полей в своих следах, предполагают новые исследования. Эти магнитные поля затем пропитают Вселенную, тем самым объясняя намагниченность галактик и скоплений, предполагают ученые в новой статье.

Почти каждый материальный объект во Вселенной содержит магнитное поле. Меньшие объекты, такие как планеты и звезды, генерируют свои собственные магнитные поля за счет действия динамо внутри них, где вихревые потоки электрически заряженной плазмы заставляют слабые магнитные поля складываться вокруг себя.

В более крупных масштабах астрономы наблюдали магнитные поля внутри туманностей, остатков сверхновых и протопланетных дисков. В этих случаях сложные потоки заряженных частиц могут генерировать слабые поля.

Некоторые из крупнейших объектов во Вселенной, такие как галактики и скопления галактик, также поддерживают магнитные поля. Как правило, они очень слабые — около одной миллионной силы магнитного поля Земли — но они огромны, в некоторых случаях простираясь на миллионы световых лет.

Астрономы не совсем уверены, как галактики и скопления получают свои магнитные поля. Чтобы создать магнитное поле, вам нужны заряженные частицы, движущиеся вместе. Но на ранних стадиях развития Вселенной, до появления первых звезд и галактик, космос был электрически нейтрален.

Нейтральный газ не может генерировать магнитные поля сам по себе, поэтому Вселенной каким-то образом пришлось создать магнитное поле. Как только у Вселенной появилось это исходное зародышевое магнитное поле, она могла усилить его, когда эволюция Вселенной превратила нейтральный газ в электрически заряженную плазму. Но источник первого магнитного поля десятилетиями оставался загадкой астрономии.

Запутанные космические струны

В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, исследователи предлагают, пожалуй, самое экзотическое объяснение источника исходного магнитного поля Вселенной: космические струны. Космические струны — это теоретические объекты, которые, по мнению многих астрономов, образовались в очень ранней Вселенной.

Когда нашему космосу было меньше секунды от роду, он прошел через несколько стадий бурных фазовых переходов. В древнейшие времена все четыре силы природы были объединены в единую силу.

Эти фазовые переходы взяли единую силу и одну за другой разделили ее на силы гравитации, сильное ядерное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие и электромагнетизм.

С каждым расщеплением сил фундаментальный вакуум пространства-времени перестраивался. Но этот процесс мог быть не совсем гладким или совершенным, и в пространстве-времени могли появиться изъяны. Некоторые из этих дефектов выглядели как одномерные складки в пространстве, как складки на листе бумаги.

Это космические струны. Астрономы охотились за космическими струнами с тех пор, как они были выдвинуты в 1970-х годах. До сих пор все поиски оказывались безрезультатными, и все же космические струны, по-видимому, являются общим предсказанием всех наших теорий ранней Вселенной.

Если бы космические струны действительно существовали, они были бы действительно очень странными. Например, из-за уникального способа, которым они сворачивают пространство-время, если бы вы путешествовали по кругу вокруг единицы, когда вы завершили свое путешествие и вернулись в исходную точку, вы бы обнаружили, что прошли менее 360 градусов.

Космические струны тоже могут вибрировать, рябь движется вверх и вниз по их длине со скоростью света и иногда образует петли, которые затем вибрируют до смерти в безумном излучении.

Изготовление намагниченности

Авторы исследования воспользовались уникальными свойствами космических струн, чтобы превратить их в генераторы магнитных полей. Идея состоит в том, что, путешествуя, космические струны будут оставлять после себя рябь в ткани пространства-времени, подобно кильватерным волнам, оставляющим след от катера.

Если бы космическая струна прошла через плазму, эта рябь в пространстве-времени могла бы изменить температуру и плотность небольших карманов в плазме. Эти различия привели бы в движение электрические заряды, и они могли бы стать началом магнитного поля. Эти исходные поля не будут очень сильными — менее одной миллионной от миллионной магнитного поля Земли — но этого будет достаточно.

Как только космические струны покинут область, оставшаяся плазма может сжаться и охладиться, образуя звезды, галактики и скопления. Когда плазма сжималась, она могла усилить это первоначальное поле до силы, которую астрономы видят сегодня. Хотя эта гипотеза интересна, у нее есть большая проблема: мы еще не знаем, существуют ли космические струны.

К счастью, авторы обратили внимание на этот момент и отметили потенциальную сигнатуру наблюдения космических струн. Те же следы, которые генерируют магнитные поля в плазме, продолжают существовать еще долгое время после того, как космическая струна ушла. В конце концов следы омывают Землю в виде гравитационных волн.

Если бы в ранней Вселенной было достаточно космических струн, мы могли бы наблюдать остатки их пространственно-временных следов с помощью следующего поколения детекторов гравитационных волн. И как только мы узнаем, что космические струны действительно существовали в какой-то момент, мы, возможно, наконец узнаем, что заставило вселенную стать намагниченной.