🌌 Магнитное поле как ключ к разгадке «Хаббловского напряжения» 0:00
Физика, по словам нобелевского лауреата Стивена Вайнберга, процветает в условиях кризиса, и сегодня космология столкнулась с одним из самых серьезных вызовов — «Хаббловским напряжением». Речь идет о фундаментальном противоречии между измерениями скорости расширения Вселенной в ранний период (по данным реликтового излучения) и в поздний период (по наблюдениям галактик). Недавнее исследование, обсуждаемое физиком Брайаном Китингом, предлагает возможное решение, которое не требует привлечения экзотической «новой физики», а опирается на явление, знакомое каждому — магнитные поля.
🧲 Повсеместная сила космоса 0:39
Магнитные поля пронизывают все уровни организации материи: от человеческого тела и навигации птиц до планет, звезд и целых галактик. Вопрос заключается в существовании первичного (примордиального) космического магнитного поля, которое могло бы объяснить структуру Вселенной.
Недавний радиоастрономический обзор, проведенный коллаборацией LOFAR, обнаружил колоссальные магнитные поля, охватывающие десятки и сотни галактик. Для ученых это открытие стало неожиданностью, так как механизмы формирования таких масштабных структур до сих пор остаются предметом дискуссий.
Основные аспекты, связанные с галактическими скоплениями:
- Гравитационная природа: Скопления галактик являются самыми массивными гравитационно-связанными объектами во Вселенной.
- Темная материя: Существование этих объектов еще в 1930-х годах предсказал Фриц Цвикки, а позже подтвердила Вера Рубин; их структура удерживается преимущественно гравитацией темной материи.
- Радиоизлучение: Скопления испускают низкочастотные радиоволны, вызванные движением заряженных частиц (электронов) в магнитных полях. Эти наблюдения служат косвенным методом измерения силы магнитных полей.
🕰 Взгляд в раннюю Вселенную 3:17
По мнению Китинга, наличие первичного магнитного поля могло бы помочь разрешить конфликт в измерениях постоянной Хаббла. Если бы такое поле существовало в ранней Вселенной, оно могло бы влиять на динамику расширения.
Коллега Китинга, физик Левон Погосян из Университета Саймона Фрейзера, предполагает, что вместо введения экзотических частиц или новой темной энергии, можно использовать уже изученные магнитные поля. Контраргумент, который обсуждают в научном сообществе, заключается в том, что до сих пор не было доказано наличие магнитных полей, не связанных с гравитационными системами.
Исторический экскурс:
- Уильям Гильберт (1600): В своей книге «О магните» он первым предположил, что Земля обладает свойствами гигантского магнита.
- Предел космического магнетизма: Более десяти лет назад исследования реликтового излучения и отсутствие специфических эффектов вокруг далеких блазаров (активных ядер галактик) помогли ученым установить нижний предел энергии космических магнитных полей.
📡 Методы поиска «сигналов» из прошлого 6:48
Чтобы заглянуть еще дальше в прошлое — к моменту формирования реликтового излучения (через 380 000 лет после Большого взрыва) — астрономы полагаются на поляризацию света.
- Электрослабый фазовый переход: Тенме Вакасапати из Университета Аризоны еще в 1991 году предположил, что магнитные поля могли возникнуть в первые миллисекунды после Большого взрыва, когда электромагнитное и слабое ядерное взаимодействия были едины.
- Эффект Фарадея: Прямое измерение силы магнетизма возможно через регистрацию поворота плоскости поляризации электромагнитного излучения.
- Технологические вызовы: Поиск таких сигналов требует сверхчувствительных приборов для измерения E- и B-мод поляризации реликтового излучения. Будущие данные от Обсерватории Саймонса помогут сузить диапазон возможных значений параметров для этих полей.
💡 Магнитное поле и «Хаббловское напряжение» 10:47
Главная гипотеза состоит в том, что первичные магнитные поля создают особую форму тензорно-энергетического напряжения, которая вносится в уравнения Фридмана. Это может приводить к тому, что скорость расширения Вселенной меняется со временем.
Если такая энергия действительно существовала на ранних этапах, это объясняет, почему измерения Хаббла в «ранней» и «поздней» Вселенной дают разные результаты. Брайан Китинг заключает, что решение одного из самых глубоких вопросов современной космологии может оказаться удивительно простым и «прозаичным», скрываясь в физике магнитных полей, которые окружают нас в повседневной жизни.
