Магнитные поля остаются одной из величайших загадок космоса. Их происхождение и роль в формировании Вселенной до сих пор вызывают активные дискуссии. Учёные предполагают, что первые поля могли появиться ещё до того, как возникли звёзды и галактики. Эти поля были невероятно слабыми — в миллиарды раз слабее привычного магнитика на холодильнике, но всё же оставили заметный след в космической структуре. Современные исследования позволяют всё лучше понимать, как именно эти невидимые силы влияли на судьбу ранней Вселенной.
Космическая паутина — это гигантская сеть нитевидных структур, соединяющих галактики. Она покрывает Вселенную, формируя основу её организации. Самое удивительное, что магнетизм обнаруживается не только рядом с галактиками, где он логично объясняется, но и в самых удалённых и разрежённых областях.
"Космическая паутина представляет собой нитевидную структуру, соединяющую галактики и пронизывающую Вселенную", — сказал аспирант SISSA Мак Павичевич.
"Наша гипотеза заключалась в том, что магнетизм мог быть наследием ранних космических событий", — отметил научный руководитель SISSA Маттео Виель.
По мнению исследователей, магнитные свойства могли возникнуть ещё в процессе инфляции, то есть до Большого взрыва, либо в ходе последующих фазовых переходов.
Чтобы проверить гипотезы, международная группа из SISSA, а также университетов Хартфордшира, Кембриджа, Ноттингема, Стэнфорда и Потсдама провела более 250 тысяч симуляций. Такой объём позволил максимально точно воспроизвести возможное влияние первичных магнитных полей.
"Это наиболее реалистичное и масштабное моделирование влияния первичного магнитного поля на космическую сеть", — подчеркнул Вид Иршич из Университета Хартфордшира.
Сравнение результатов с данными телескопов показало: включение слабого магнитного поля делает модель Вселенной более похожей на наблюдаемую реальность.
| Модель | Особенности | Соответствие наблюдениям |
|---|---|---|
| Без магнитных полей | Упрощённая картина, мало деталей | Низкое |
| С минимальным полем (0,2 нГ) | Более плотные нити, реалистичный вид | Высокое |
| С сильным полем | Искусственно уплотнённые структуры | Слабое |
Учёные смогли установить новый верхний предел силы первичных магнитных полей, который оказался значительно ниже предыдущих оценок.
"Наше исследование устанавливает строгие ограничения на интенсивность магнитных полей", — пояснил Мак Павичевич.
Это открытие подтверждает выводы, сделанные при изучении космического микроволнового фона. Выходит, даже очень слабое поле могло ускорить формирование первых галактик и звёзд, изменив распределение вещества во Вселенной.
Формулируется гипотеза о происхождении магнитных полей.
Строятся математические модели на основе квантовой физики и космологии.
Используются суперкомпьютеры для массовых симуляций.
Результаты сверяются с данными телескопов, включая James Webb.
Проводится независимая проверка расчётов другими группами.
Ошибка: моделирование без учёта магнитных полей.
Последствие: искажённое представление о строении космоса.
Альтернатива: использование слабого магнитного поля около 0,2 наногаусса, что делает картину более реалистичной.
А что, если первичные поля были сильнее? В этом случае процесс образования галактик шёл бы быстрее, а структура Вселенной оказалась бы иной. Но современные наблюдения подтверждают обратное: слабое поле лучше объясняет распределение космической материи.
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| Хорошее совпадение с данными телескопов | Невозможно напрямую измерить |
| Объясняет распределение галактик | Огромные вычислительные затраты |
| Поддерживается независимыми исследованиями | Не исключает других сценариев |
Как выбираются данные для проверки космологических моделей?
Учёные используют телескопы James Webb, ALMA и архивные записи космических миссий.
Сколько стоит проведение симуляций?
Работа на суперкомпьютерах требует колоссальных ресурсов: стоимость может достигать миллионов долларов в год.
Что надёжнее — симуляции или наблюдения?
Они дополняют друг друга. Симуляции позволяют проверить гипотезы, а наблюдения подтверждают их.
Миф: магнитные поля возникли только вблизи галактик.
Правда: они присутствуют и в разрежённых областях космоса.
Миф: сила полей была велика.
Правда: современные данные показывают крайне слабые значения.
Миф: мы уже точно знаем их природу.
Правда: большинство данных получено косвенными методами.
Первичные поля были слабее земного магнетизма в триллионы раз.
Для их анализа пришлось выполнить четверть миллиона симуляций.
Магнитизм может играть не меньшую роль, чем тёмная материя, в формировании галактик.
1980-е: появились первые идеи о магнитных полях в космосе.
2000-е: развитие суперкомпьютеров позволило проводить масштабные симуляции.
2020-е: данные от телескопа James Webb и публикации в Physical Review Letters задали новый уровень исследований.
Результаты исследований показывают: слабые магнитные поля, появившиеся в первые мгновения существования Вселенной, оказали значительное влияние на её развитие. Они стали своеобразным каркасом, который помогал формировать звёзды и галактики. Новые ограничения и модели открывают дорогу к дальнейшему пониманию того, как именно устроена Вселенная и какие процессы стояли у её истоков.