Астрофізика останні десятиліття намагається розв’язати одну з найбільших загадок сучасності — так звану напругу Габбла. Науковці вже давно виявили, що Всесвіт безперервно розширюється. Проте два основні методи вимірювання швидкості цього процесу демонструють уперту розбіжність у результатах. Нове дослідження пропонує вихід із глухого кута: причиною розбіжностей можуть бути надслабкі магнітні поля, що виникли в найперші миті після Великого вибуху. Результати дослідження опубліковані в Nature Astronomy.
Космологічний глухий кут
Стала Габбла визначає темпи розширення космосу. Сьогодні її намагаються розрахувати двома принципово різними шляхами:
- Непрямий метод (ранній Всесвіт). Базується на вимірюванні флуктуацій реліктового випромінювання — теплової луни Великого вибуху. Дані космічного телескопа Planck, вписані у стандартну космологічну модель, дають значення близько 67 км/с на мегапарсек (один парсек дорівнює приблизно 3,26 світлового року).
- Прямий метод (сучасний Всесвіт). Спирається на спостереження за віддаленими галактиками та так званими стандартними свічками — надновими типу Ia та зорями-цефеїдами. Вимірювання за допомогою телескопів Hubble та James Webb показують швидкість близько 73 км/с на мегапарсек.
Різниця між 67 і 73 здається незначною. Але з огляду на високу точність приладів вона статистично принципова. Якщо обидва методи коректні, поточна стандартна модель космології містить суттєву прогалину.
Магнітні зерна первинного космосу
Магнітні поля пронизують увесь Всесвіт: вони є у планет, зір, галактик і навіть у гігантських космічних порожнечах (войдах). Одна із гіпотез припускає, що первинний магнетизм виник задовго до появи перших світил.
У 2011 та 2020 роках дослідники звернули увагу на те, як первинні магнітні поля мали б вплинути на епоху рекомбінації. Це період, коли Всесвіт вистиг достатньо для того, щоб електрони та протони об’єдналися в нейтральні атоми водню, а середовище з непрозорого стало прозорим для світла.
Впливаючи на заряджені частинки, магнітні поля змушували плазму стискатися у щільніші осередки. У таких умовах електрони та протони знаходили один одного швидше. Прискорення рекомбінації змістило момент, коли світло почало вільно поширюватися космосом, що змінило характерний розмір візерунків реліктового випромінювання. Як наслідок, «космічна лінійка», за якою розраховують сталу Габбла, коригується, усуваючи суперечність між 67 та 73.
Що показало тривимірне моделювання
У новому дослідженні науковці вперше провели повне 3D-симуляційне моделювання поведінки первинної плазми з вкрапленими магнітними полями. Отриману історію формування водню зіставили з реальними спостереженнями реліктового випромінювання — гіпотеза повністю витримала випробування даними.
Спостереження не лише не спростовують наявність первинного магнетизму, а й демонструють помірну прихильність до цієї моделі на рівні від 1,5 до 3 стандартних відхилень. Необхідна напруженість полів у перерахунку на сьогодення становить лише 5–10 пікогаусів. Цього якраз достатньо, щоб пояснити походження сучасних галактичних магнітних полів без залучення додаткових механізмів.
Підтвердження цієї теорії у майбутніх спостереженнях не лише розв’яже проблему напруги Габбла, а й відкриє прямий доступ до вивчення фізики екстремальних енергій, які існували в перші частинки секунди після народження Всесвіту.
Раніше ми розповідали про те, що дані NOIRLab про розширення Всесвіту ставлять під сумнів сучасну фізику.
За матеріалами Science Daily
