Skąd się bierze pole magnetyczne wszechświata?

Pochodzenie kosmicznych pól magnetycznych pozostaje jedną z najgłębszych tajemnic kosmologii. Zespół badawczy złożony z przedstawicieli kilku różnych instytucji próbuje ją wyjaśnić.

Naturalnie występujące pola magnetyczne spotyka się w całym wszechświecie. Po raz pierwszy zaobserwowano je na Ziemi tysiące lat temu i wykorzystywano do nawigacji zanim w ogóle udało się zrozumieć, czym są. Magnetyzm na Słońcu odkryto natomiast na początku XX wieku. Wraz z rozwojem technologii i pojawieniem się zaawansowanych teleskopów naukowcy zorientowali się, że pola te są wszechobecne.

Czytaj też: Tempo ekspansji wszechświata jeszcze nigdy nie było zmierzone tak dokładnie. Niesamowity efekt 30-letnich badań

Badaniami dotyczącymi genezy pola magnetycznego we wszechświecie zajęli się przedstawiciele MIT, Uniwersytetu Princeton i Uniwersytetu Kolorado w Boulder. Dzięki ich wysiłkom udało się opisać podstawowe procesy, które generują pole od stanu całkowitego namagnesowania do punktu, w którym jest ono wystarczająco silne, aby mechanizm dynamiczny mógł przejąć kontrolę i wzmocnić pole do rozmiarów, które obserwujemy.

Za sprawą procesu indukcji duże generatory, znane jako dynamo, przekształcają energię mechaniczną w energię elektromagnetyczną. To właśnie ona służy nam do zasilania na przykład urządzeń elektronicznych. Kluczową cechą dynamo jest to, że do działania potrzebują pola magnetycznego. Badania poświęcone propagacji fal sejsmicznych sugerują, że część ziemskiego jądra składa się ze stopionego niklu i żelaza. Z tego względu badacze przypuszczali, iż ruch konwekcyjny tej cieczy oraz ruch obrotowy Ziemi w jakiś sposób łączą się, prowadząc do wytwarzania ziemskiego pola.

Na podobnych zasadach dzieje się to w innych częściach wszechświata. W gwiazdach, galaktykach i przestrzeni między nimi cieczą przewodzącą prąd elektryczny nie jest stopiony metal, a plazma. W takim ośrodku efekt dynamo może wzmocnić istniejące pole magnetyczne, o ile zaczyna się ono od pewnego minimalnego poziomu. Właśnie to pozostawało niewiadomą, dlatego autorzy nowych badań, które zaprezentowano na łamach PNAS, zajęli się tą kwestią.

Autorzy wyjaśniają, w jaki sposób można wytworzyć pole zalążkowe i jakie podstawowe procesy w nim zachodzą. Warto zauważyć, iż plazma w przestrzeni międzygwiezdnej jest znacznie mniej skoncentrowana niż wewnątrz gwiazd. Niska gęstość oznacza, że cząstki w tej plazmie nigdy się nie zderzają, co ma istotny wpływ na ich zachowanie. Ostatecznie naukowcy doszli do wniosku, iż pierwsze pola magnetyczne mogą być spontanicznie wytwarzane przez ogólne ruchy wielkoskalowe. Poza tym, podobnie jak na Ziemi, energia mechaniczna zostaje przekształcona w energię magnetyczną.

Czytaj też: Nowy rodzaj fal magnetycznych w głębi Ziemi. Okrążają całą planetę

Jedną z kluczowych obserwacji okazała się ta, że amplituda pola może wzrosnąć od zera do poziomu, w którym plazma jest „namagnesowana”. Innymi słowy, obecność pola silnie wpływa wtedy na dynamikę plazmy. W tym momencie tradycyjny mechanizm dynamo może wejść do gry i podnieść pola do obserwowanych poziomów.