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.
