Магнитные поля во Вселенной могли возникнуть из-за темной материи

Наблюдения показывают, что даже в почти пустых областях между галактиками присутствуют очень слабые, но удивительно однородные магнитные поля. Их напряженность ничтожна по земным меркам, однако на космических расстояниях они оказываются важны: они отклоняют заряженные частицы и влияют на движение горячего газа, из которого формируются галактики и их скопления.

Главная трудность в том, что эти поля слишком упорядоченные. Если бы они формировались внутри галактик, их структура была бы значительно более хаотичной. Но они обнаруживаются и там, где галактик никогда не было. Значит, они появились очень рано, когда Вселенная еще была почти однородной. 

Обычно такие поля пытаются объяснить процессами, происходившими в самые первые мгновения после Большого взрыва. Предполагается, что они возникли тогда и просто «дожили» до наших дней.

Исследователи из Университета Макгилла и Швейцарской высшей технической школы Цюриха предложили другой вариант: поля могли появиться значительно позже. Они рассмотрели модель, в которой темная материя состоит из сверхлегких частиц — аксионов. Она ведет себя не как поток отдельных частиц, а как огромное квантовое поле, заполняющее все пространство и медленно колеблющееся.

В ранней Вселенной электромагнитное поле не было идеально ровным: в нем существовали крошечные случайные возмущения. Они были чрезвычайно слабыми и сами по себе быстро бы исчезли. Однако расчеты показывают, что колеблющееся аксионное поле может регулярно передавать энергию электромагнитному полю. Оно не создает магнитное поле с нуля, а постепенно усиливает уже существующие очень слабые возмущения.

За очень долгое время — сотни миллионов лет — эти слабые возмущения нарастают. В результате формируются протяженные магнитные поля, охватывающие области между галактиками, именно того масштаба и силы, которые астрономы наблюдают сегодня.

Такой процесс мог начаться уже после эпохи рекомбинации, примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва, когда электроны соединились с ядрами и Вселенная перестала быть горячей плазмой. Ранее считалось, что на этом этапе существования Вселенной новые космологические магнитные поля возникнуть уже не могут.

Модель пока остается теоретической, но ее следствия можно проверить. Например, можно оценить, какая доля энергии темной материи должна переходить в электромагнитные поля. Авторы также предполагают, что тот же механизм мог влиять на образование первых сверхмассивных черных дыр, изменяя условия сжатия газа в ранних галактиках.

Ранее мы рассказывали, что в центре Млечного Пути может быть не черная дыра, а компактное ядро из фермионной темной материи.

Источник иллюстрации: CC0 Public Domain