Jak pojawiły się pola magnetyczne we wszechświecie? Wcześniej uważano, że nie może się to zdarzyć natychmiast po Wielkim Wybuchu - pola te pojawiły się dopiero wraz z narodzinami pierwszych gwiazd. Jednak nowe badania przeprowadzone przez amerykańskich i niemieckich naukowców sugerują, że w rzeczywistości słaby magnetyzm mógł powstać wcześniej. Ale jak dokładnie to się stało?
Pola elektromagnetyczne są wszechobecne: relatywistyczne cząsteczki promieni kosmicznych szybko latają wzdłuż nich, Słońce demonstruje naukowcom ciągłą transformację najbardziej złożonej hierarchii jego pól elektromagnetycznych, magnetyzm planet Układu Słonecznego jest zróżnicowany, a obiekty i pola odległej przestrzeni po prostu zadziwiają wyobraźnię swoimi polami elektromagnetycznymi!
Powstaje rozsądne pytanie - jak powstały pola magnetyczne we Wszechświecie, jak zmieniły się w ciągu ostatnich 13,4 miliardów lat istnienia Wszechświata?
W początkowym momencie Wielkiego Wybuchu, przed Wszechświat narodził się niemal natychmiast w postaci niesamowicie rozgrzanej chmury gazu. Ochłodził się rozszerzając w przestrzeni i utworzyły się w nim pierwotne cząstki, które dość szybko połączyły się w najprostsze atomy.
Ale absolutnie niemożliwe jest przewidzenie pojawienia się pola magnetycznego w tym układzie! W konsekwencji narodził się później. Jak rozpoczął się i rozwinął proces, w wyniku którego pojawiły się wszystkie pola magnetyczne tak silnie reprezentowane we współczesnym obrazie świata?
Eksperci Reinhard Schlickayser z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Ruhr w Bochum (Niemcy) i Peter Yun z Uniwersytetu Maryland (USA) próbują rozwikłać zagadkę; wysuwają nową hipotezę: pole magnetyczne powstanie później niż Wielki Wybuch z bardzo słabej formy magnetyzmu. Wirtualne embriony tego zjawiska powstają przypadkowo w chmurze materii, jeszcze przed narodzinami pierwotnych ciał gwiezdnych.
Kiedy wiek Wszechświata wynosił około 380 tysięcy lat, temperatura prymitywnej chmury spadła, utworzyły się regiony o różnej gęstości i ciśnieniu, co przyczyniło się do pojawienia się pierwszych losowych form magnetyzmu zarodkowego. Te słabe pola zostały później zintensyfikowane i zostały wystawione na działanie pierwszych wiatrów gwiazdowych i strumieni plazmy z eksplodujących gwiazd.
Niektóre dokładne definicje autora: niemagnetyzowana nierelatywistyczna plazma termiczna z elektronów i protonów samorzutnie emituje nieokresowe turbulentne fluktuacje pola magnetycznego, mały moduł tych fluktuacji jest określony prostym wzorem, który zawiera tylko trzy parametry fizyczne: βe to znormalizowana temperatura elektronów termicznych, We to gęstość energii plazmy termicznej a g jest parametrem plazmy.
Film promocyjny:
W przypadku niemagnetyzowanego ośrodka międzygalaktycznego, bezpośrednio po rozpoczęciu reionizacji, natężenie pola z tego mechanizmu szacuje się na 2 × 10-16 G w pustkach kosmicznych (pustkach) i 2 × 10-10 G w protogalaktykach. Obie wartości są zbyt słabe, aby wpływać na dynamikę plazmy. Biorąc pod uwagę tłumienie lepkości, szacunki te nadal zmniejszają się do 2 × 10–21 G w pustkach kosmicznych i 2 × 10–12 G w protogalaktykach.
Wtedy następuje prosty cud narodzin pól magnetycznych: przesunięcie lub kurczenie się ośrodka międzygalaktycznego i protogalaktycznego podczas pierwszych eksplozji supernowych w rozległych obszarach ich gwiezdnej metamorfozy zintensyfikuje te „zasiane” pola!
Stają się one niejednorodne i już magnetyczne siły odzyskiwania wpływają na dynamikę gazu, porządkując i wyrównując temperaturę βe. Tak więc z embrionalnych „ziaren” pól magnetycznych w gorącej chmurze plazmy naładowanych protonów, elektronów, helu i jąder litu, gdzie te pola magnetyczne były zorientowane arbitralnie, to znaczy w dowolnym kierunku, narodziło się ich organizacja - powstało już zorientowane pole magnetyczne.
Michael Riordan z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz (USA) formułuje wyjaśnienie: „Magnetyzm występuje wszędzie tam, gdzie jest przepływ naładowanych cząstek. Zbliż kompas do przewodu prądu stałego, a zobaczysz, jak porusza się igła.
Ale jeśli jest wiele naładowanych cząstek i rozpraszają się one we wszystkich kierunkach, jak to miało miejsce we wczesnym Wszechświecie, zanim plazma ostygła i uformowały się atomy, średni prąd wszędzie wynosi zero, więc nie ma magnetyzmu w skali makroskopowej. Aby wzmocnić powstały magnetyzm, potrzebne były ciężkie pierwiastki, takie jak nikiel czy żelazo - zostały one zsyntetyzowane w termojądrowych procesach wybuchów supernowych.
Kiedy uformowały się gwiazdy, a najbardziej masywne z nich zaczęły eksplodować pod koniec swojego życia, kompresując środowisko i jednocześnie nasycając je ciężkimi pierwiastkami, połączenie wiatru gwiazdowego i eksplozji zaczęło rozsuwać małe pola magnetyczne, ściskając je, rozciągając i ustawiając w kierunku wiatru.
Naukowcy obserwują teraz i odkrywają zaskakujące skutki transformacji pól magnetycznych w kosmosie: na naszej jedynej i najbliższej gwieździe, Słońcu, procesy magnetyczne kierują 22-letnim cyklem słonecznych pól magnetycznych, zapewniając 11-letni cykl plam słonecznych.
Pola magnetyczne korony słonecznej zatrzymują gorącą plazmę, ich przemiana powoduje wyrzuty materii koronalnej i wypukłości, a pływające pola magnetyczne na Słońcu stymulują najpotężniejsze przejawy aktywności - rozbłyski słoneczne! Wiatr słoneczny, opuszczający Słońce w postaci strumieni plazmy i wypełniający całą przestrzeń heliosfery, niesie międzyplanetarne pole magnetyczne, które waha się od kilku do kilkudziesięciu nT. A na planetach z polem magnetycznym szaleją burze magnetyczne i jonosferyczne, a także wybuchają różne zorze.
Podsumowując, należy zauważyć, że niewyczerpana różnorodność pól elektromagnetycznych we Wszechświecie jest niewyczerpanym źródłem przyszłych odkryć.
TATIANA VALCHUK
