Ta strona używa plików cookies, aby zapewnić najlepszą jakość korzystania z naszego serwisu oraz do celów analitycznych. Klikając "Akceptuję", wyrażasz zgodę na używanie wszystkich plików cookies. Możesz również odrzucić zgodę, co spowoduje zablokowanie plików cookies analitycznych. Więcej informacji znajdziesz w naszej Polityce Prywatności.
Słabe pola magnetyczne z początków Wszechświata mogą wyjaśnić napięcie Hubble’a
Dwie główne metody wyznaczania stałej Hubble’a dają wartości około 67 oraz 73 km/s/Mpc.
Pierwotne pola magnetyczne mogły przyspieszyć rekombinację i zmienić obraz mikrofalowego promieniowania tła.
Nowe symulacje 3D wskazują na łagodną preferencję danych dla pól o sile około 5 do 10 pikogausów.
Wynik jest obiecującą wskazówką, ale nie stanowi jeszcze dowodu istnienia takich pól.
Sponsorowane
Odkryj rewolucyjną metodę nauki języków
Sprawdź jak w 30 dni opanować podstawy dowolnego języka obcego bez wychodzenia z domu.
Wszechświat się rozszerza, ale naukowcy wciąż nie są zgodni co do dokładnego tempa tej ekspansji. Dwie najważniejsze metody wyznaczania stałej Hubble’a dają wyniki, których nie da się łatwo pogodzić. Nowe badanie wskazuje, że częścią rozwiązania może być zjawisko pochodzące z bardzo wczesnych etapów historii kosmosu: niezwykle słabe, pierwotne pola magnetyczne.
Dwie metody, dwie różne wartości
Pierwsza metoda jest pośrednia. Naukowcy analizują mikrofalowe promieniowanie tła, czyli słaby blask pozostały po Wielkim Wybuchu, i porównują jego drobne fluktuacje z przewidywaniami standardowego modelu kosmologii. Dane zebrane między innymi przez teleskop kosmiczny Planck prowadzą do wartości stałej Hubble’a wynoszącej około 67 kilometrów na sekundę na megaparsek, zapisywanej jako 67 km/s/Mpc. Megaparsek to milion parseków, a parsek odpowiada około 3,26 roku świetlnego.
Metoda oparta na mikrofalowym promieniowaniu tła daje około 67 km/s/Mpc.
Słownik artykułu
Pojęcia, które warto znać
Krótkie objaśnienia terminów występujących w tekście. Każde hasło prowadzi do szerszej definicji i przykładów użycia.
Metoda wykorzystująca odległe supernowe prowadzi do wartości około 73 km/s/Mpc.
Różnica jest niewielka w liczbach bezwzględnych, ale ma duże znaczenie statystyczne.
Jeśli oba wyniki są poprawne, standardowy model kosmologii może nie uwzględniać ważnego elementu.
Skąd bierze się wyższy wynik
Druga metoda jest bardziej bezpośrednia i nawiązuje do obserwacji, dzięki którym Edwin Hubble wykazał, że galaktyki oddalają się od Drogi Mlecznej. Astronomowie mierzą jasność supernowych typu Ia w odległych galaktykach. Obiekty te są traktowane jako standardowe świece, ponieważ ich rzeczywista jasność jest podobna. Im słabiej widoczna jest supernowa, tym dalej się znajduje. Do ustalenia skali odległości w pobliskich galaktykach wykorzystywane są także cefeidy. Obserwacje prowadzone z użyciem teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba wskazują na wartość około 73 km/s/Mpc.
Rozbieżność między wynikiem około 67 a wynikiem około 73 nazywa się napięciem Hubble’a, po angielsku Hubble tension. Nie chodzi wyłącznie o różnicę kilku jednostek. Oba podejścia opierają się na innych etapach historii Wszechświata i innych rodzajach obserwacji, a niezgodność pozostaje istotna statystycznie. Dlatego możliwe są trzy podstawowe wyjaśnienia: jedna z metod może wymagać korekty, niedoszacowane błędy mogą wpływać na wyniki albo standardowy model kosmologii może być niepełny.
Magnetyzm mógł zmienić narodziny neutralnego wodoru
Pola magnetyczne są obecne w planetach i gwiazdach, a także w większych strukturach kosmicznych. Nadal nie ma jednak pełnej odpowiedzi na pytanie, skąd wzięły się pola przenikające galaktyki, gromady galaktyk, a być może również rozległe pustki między nimi. Jedna z hipotez zakłada, że ich zalążki powstały bardzo wcześnie, jeszcze przed narodzinami pierwszych gwiazd i galaktyk. Takie pierwotne pola magnetyczne byłyby niezwykle słabe, ale mogłyby wpływać na zachowanie naładowanych cząstek w młodym Wszechświecie.
Wcześniejsze prace wskazywały, że magnetyzm mógł zmienić przebieg rekombinacji, czyli procesu, w którym elektrony i protony połączyły się w neutralny wodór. Pole magnetyczne mogło przyciągać i odpychać naładowane cząstki, sprawiając, że materia stawała się nieco bardziej skupiona. W gęstszych obszarach cząstki częściej się spotykały, co mogło przyspieszać tworzenie wodoru. Nawet niewielka zmiana momentu, w którym Wszechświat stał się przezroczysty dla światła, wpłynęłaby na rozmiar wzorów widocznych w mikrofalowym promieniowaniu tła. To z kolei zmieniłoby kosmiczną skalę używaną do wyznaczania odległości i pośrednio także wartość stałej Hubble’a.
W 2011 roku zaproponowano, że pierwotne pola magnetyczne mogły wpływać na rekombinację.
W 2020 roku efekt zbadano przy użyciu uproszczonego modelu procesu tworzenia wodoru.
Najnowsza praca wykorzystuje pełne trójwymiarowe symulacje pierwotnej plazmy z obecnymi w niej polami magnetycznymi.
Autorzy porównali przewidywania wynikające z symulacji z obserwacjami mikrofalowego promieniowania tła. Ten rodzaj danych jest bardzo czuły na zmiany w rekombinacji, dlatego niezgodność z obserwacjami mogłaby wykluczyć proponowane wyjaśnienie. Takiego wykluczenia nie uzyskano. W różnych zestawieniach danych pojawiła się spójna, choć łagodna preferencja dla obecności pierwotnych pól magnetycznych. Jej znaczenie wynosiło od około 1,5 do 3 odchyleń standardowych.
To ważny wynik, ale nie jest równoznaczny z odkryciem. W fizyce wynik musi przejść dodatkowe testy i utrzymać się po uwzględnieniu kolejnych obserwacji, zanim można będzie mówić o potwierdzeniu hipotezy. Badanie pokazuje przede wszystkim, że proponowany mechanizm pozostaje zgodny z najbardziej szczegółowym testem dostępnym obecnie. Dodatkowo pola o sile około 5 do 10 pikogausów, preferowane przez dane po przeliczeniu na dzisiejsze warunki, są zbliżone do wartości potrzebnych w scenariuszu, w którym magnetyzm galaktyk i gromad wyrósł z pierwotnych zalążków.
Jeśli przyszłe obserwacje potwierdzą istnienie pierwotnych pól magnetycznych, ich znaczenie wykraczałoby poza samo napięcie Hubble’a. Otworzyłyby one możliwość badania warunków panujących w bardzo młodym Wszechświecie, być może w okresach oddalonych o ułamki sekundy od Wielkiego Wybuchu. Na obecnym etapie wynik należy jednak traktować jako konkretną wskazówkę i cel dla kolejnych obserwacji, a nie jako rozstrzygnięcie sporu o tempo ekspansji kosmosu.
