Ученые раскрыли связь темной материи с космологическими магнитными полями

Слабые, но удивительно однородные магнитные поля пронизывают всю Вселенную, простираясь между галактиками. Об их существовании известно уже давно, однако происхождение до сих пор оставалось загадкой.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Команда физиков из Университета Макгилла и Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Роберта Бранденбергера и Юрга Фрелиха предложила механизм, который может объяснить рождение магнитных полей. По мнению ученых, он связан с темной материей — а именно с ее особой формой, состоящей из сверхлегких частиц.

Магнитные поля обнаруживаются повсюду — от галактик до межгалактического пространства, и раньше считалось, что такие поля могли появиться лишь в самые первые минуты после Большого взрыва, когда действовали совершенно особенные, неизвестные современной науке законы физики. Новая работа ставит под сомнение эту гипотезу и предлагает более «поздний» сценарий — рождение 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 под названием аксион. Аксионы — это кандидаты на роль так называемой сверхлегкой темной материи, частицы с чрезвычайно малой массой, которые практически 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, порождая те самые слабые, но однородные магнитные поля межгалактических масштабов.

Особенно важно, что предложенный механизм работает в относительно «поздние» космологические эпохи — после так называемой рекомбинации, которая произошла 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 длительное время.

Теперь авторы работы планируют уточнить, какую долю энергии темной материи этот процесс мог превращать в электромагнитную, и как это взаимодействие повлияло на дальнейшее развитие Вселенной. Кроме того, ученые предполагают, что описанный механизм может иметь отношение к еще одной большой загадке астрофизики — появлению сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Для проверки этих идей, по словам Бранденбергера, потребуется серия численных симуляций.

Если гипотеза подтвердится, то связь между темной материей и космическими магнитными полями станет еще одним примером того, как невидимое вещество может определять архитектуру всей Вселенной.

Ранее ученые предложили новый способ изучения загадочной формы темной материи.

• космос

Поделиться