Τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία μπορεί να βοηθήσουν στην εξήγηση του γιατί οι μετρήσεις της διαστολής του σύμπαντος δεν συμφωνούν. Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι το σύμπαν διαστέλλεται, ωστόσο δεν υπάρχει ακόμη συμφωνία για το πόσο γρήγορα λαμβάνει χώρα αυτή η διαστολή.
Tα αποτελέσματα
Δύο κορυφαίες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του ρυθμού διαστολής, γνωστές ως σταθερά Hubble, συνεχίζουν να παράγουν αποτελέσματα που δεν ταιριάζουν. Αυτή η ασυμφωνία έχει γίνει μια από τις πιο επίμονες προκλήσεις στην κοσμολογία και αναφέρεται ευρέως ως τάση Hubble. Ωστόσο, αναρωτηθήκαμε αν μια ιδέα που προτάθηκε αρχικά για την επίλυση ενός άλλου κοσμικού μυστηρίου - της προέλευσης των κοσμικών μαγνητικών πεδίων - θα μπορούσε να μας βοηθήσει να ξεκλειδώσουμε το μυστήριο της τάσης Hubble.
Η πρόσφατη μελέτη διερευνά την πιθανότητα ότι τα εξαιρετικά αμυδρά μαγνητικά πεδία που σχηματίστηκαν στις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να επηρεάζουν τις μετρήσεις της κοσμικής διαστολής. Αν ναι, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αποσαφήνιση της πηγής της τάσης Hubble, προσφέροντας παράλληλα ένα σπάνιο παράθυρο σε φυσικές διεργασίες σε ενέργειες πολύ πέρα από αυτές που μπορούν να αναπαραχθούν σε εργαστήρια στη Γη.
Η σταθερά και η τάση του Hubble
Οι αστρονόμοι βασίζονται στη σταθερά Hubble για να ποσοτικοποιήσουν τον ρυθμό με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν. Ο όρος τιμά τον Edwin Hubble, τον Αμερικανό αστρονόμο που πρώτος απέδειξε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον, αποκαλύπτοντας ότι το ίδιο το σύμπαν δεν είναι στατικό αλλά διαστέλλεται.
Υπάρχουν δύο εννοιολογικά διαφορετικές προσεγγίσεις για τη μέτρηση της σταθεράς Hubble. Η μία είναι έμμεση, βασισμένη σε προβλέψεις του κοσμολογικού μας μοντέλου που έχει ρυθμιστεί ώστε να ταιριάζει με τα μοτίβα στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, την αμυδρή λάμψη της Μεγάλης Έκρηξης.
Τηλεσκόπια όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck έχουν μετρήσει μικροσκοπικές διακυμάνσεις σε αυτό το αρχαίο φως, προβλέποντας μια σταθερά Hubble περίπου 67 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά μεγαπαρσέκ (km/s/Mpc). Ένα παρσέκ είναι μια μονάδα απόστασης που χρησιμοποιείται στην αστρονομία και ισούται με περίπου 3,26 έτη φωτός ή 30,9 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Ένα μεγαπαρσέκ είναι ένα εκατομμύριο παρσέκ.
Η δεύτερη μέθοδος είναι πιο άμεση, παρόμοια με αυτήν που χρησιμοποίησε ο Χαμπλ τη δεκαετία του 1920, όταν απέδειξε για πρώτη φορά ότι το σύμπαν διαστέλλεται.
Μια εξήγηση για το πώς οι αστρονόμοι μετρούν τις κοσμικές αποστάσεις
Μετράει πόσο γρήγορα απομακρύνονται οι μακρινοί γαλαξίες από τον γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας, παρατηρώντας τη φωτεινότητα των εκρήξεων υπερκαινοφανών σε αυτούς τους μακρινούς γαλαξίες. Οι υπερκαινοφανείς τύπου Ia είναι γνωστοί ως «τυπικά κεριά» επειδή γνωρίζουμε ότι η φωτεινότητά τους είναι η ίδια όπου κι αν βρίσκονται. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να κρίνουμε την απόσταση από αυτά από το πόσο αμυδρά μας φαίνονται.
Για να προσδιορίσουν την εγγενή τους φωτεινότητα, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν άλλα τυπικά κεριά, όπως τα αστέρια Κηφείδες, στους κοντινούς γαλαξίες. Αυτές οι παρατηρήσεις, οι οποίες χρησιμοποιούν τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και James Webb, δίνουν μια υψηλότερη τιμή περίπου 73 km/s/Mpc.
Αυτή η διαφορά μεταξύ των δύο μετρήσεων ονομάζεται τάση Hubble. Η διαφορά μεταξύ 67 και 73 μπορεί να φαίνεται μικρή, αλλά είναι στατιστικά εξαιρετικά σημαντική. Εάν και οι δύο μέθοδοι είναι σωστές, τότε το τυπικό μας μοντέλο κοσμολογίας πρέπει να λείπει κάτι σημαντικό.
Από πού προήλθαν τα κοσμικά μαγνητικά πεδία;
Τα μαγνητικά πεδία βρίσκονται παντού στο σύμπαν. Οι πλανήτες και τα αστέρια δημιουργούν τα δικά τους πεδία, αλλά κενά στην κατανόησή μας προκύπτουν όταν προσπαθούμε να εξηγήσουμε τα πολύ μεγαλύτερης κλίμακας μαγνητικά πεδία που περιβάλλουν γαλαξίες και σμήνη, και πιθανώς ακόμη και κοσμικά κενά.
Μια μακροχρόνια μελετημένη πιθανότητα είναι ότι ο μαγνητισμός εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο πολύ πρώιμο σύμπαν, πολύ πριν σχηματιστούν τα πρώτα αστέρια ή γαλαξίες. Αυτά τα λεγόμενα αρχέγονα μαγνητικά πεδία έχουν μελετηθεί εδώ και δεκαετίες και η αναζήτηση των αποτυπωμάτων τους στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο και σε άλλα δεδομένα προσφέρει έναν τρόπο να διερευνηθεί το πρώιμο σύμπαν και οι ακραίες ενέργειες που θα είχαν δημιουργήσει αυτά τα πεδία.
Το 2011, δύο από εμάς (ο Karsten και ο Tom) επισημάναμε ότι τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία θα επηρέαζαν τον ανασυνδυασμό - όταν τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια συνδυάστηκαν για πρώτη φορά για να σχηματίσουν ουδέτερο υδρογόνο - και το σύμπαν μετατράπηκε από αδιαφανές σε διαφανές. Το πρώτο φως που μπορεί να ταξιδέψει ελεύθερα από εκείνη τη στιγμή και μετά είναι αυτό που παρατηρούμε τώρα ως κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων.
Εάν υπάρχουν, τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία θα επιταχύνουν τον ανασυνδυασμό πιέζοντας και τραβώντας φορτισμένα σωματίδια, καθιστώντας την ύλη ελαφρώς συσσωματωμένη. Όπου τα σωματίδια είναι πιο πυκνά, είναι πιο πιθανό να συναντηθούν και να σχηματίσουν υδρογόνο.
Η μετατόπιση της στιγμής που το σύμπαν γίνεται διαφανές αλλάζει το μέγεθος των παρατηρούμενων μοτίβων στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Αυτό ουσιαστικά αλλάζει τον κοσμικό κυβερνήτη μας για τη μέτρηση αποστάσεων και, με τη σειρά της, της τιμής της σταθεράς Hubble που προκύπτει από το μοντέλο, βοηθώντας στη μείωση της τάσης Hubble. Δύο από εμάς (ο Karsten και ο Levon) καταδείξαμε αυτό το φαινόμενο το 2020 χρησιμοποιώντας ένα απλοποιημένο μοντέλο ανασυνδυασμού.
Μια σημαντική ανακάλυψη
Στη νέα μας εργασία, χρησιμοποιήσαμε τις πρώτες πλήρεις τρισδιάστατες προσομοιώσεις του αρχέγονου πλάσματος με ενσωματωμένα μαγνητικά πεδία, παρακολουθώντας τον τρόπο σχηματισμού του υδρογόνου. Χρησιμοποιήσαμε το ιστορικό σχηματισμού υδρογόνου που βρέθηκε μέσω αυτών των προσομοιώσεων για να υπολογίσουμε προβλέψεις για το πώς θα έπρεπε να εμφανίζεται το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο εάν υπήρχαν αρχέγονα μαγνητικά πεδία και δοκιμάσαμε αυτές τις προβλέψεις σε σχέση με παρατηρήσεις του υποβάθρου.
Το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο είναι εξαιρετικά ευαίσθητο στις αλλαγές στον ανασυνδυασμό. Εάν τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία το άλλαζαν με τρόπο που διαφωνούσε με τις παρατηρήσεις, η ιδέα θα μπορούσε να αποκλειστεί. Αντ' αυτού, τα δεδομένα έδειξαν ότι η πρότασή μας παραμένει βιώσιμη. Σε πολλαπλούς συνδυασμούς συνόλων δεδομένων, διαπιστώνουμε μια συνεπή, ήπια προτίμηση για τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία, που κυμαίνονται από περίπου 1,5 έως τρεις τυπικές αποκλίσεις. Αυτό δεν αποτελεί ακόμη ανακάλυψη, αλλά μια σημαντική υπόδειξη ότι υπάρχουν.
Εκτός από το ότι βοηθά στη μείωση της τάσης Hubble, εάν επιβεβαιωθούν τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία, θα ανοίξουν ένα νέο παράθυρο για το πώς ήταν το σύμπαν όταν ήταν μόνο κλάσματα του δευτερολέπτου, προσφέροντας ίσως μια ματιά σε σημαντικά γεγονότα όπως η ίδια η Μεγάλη Έκρηξη.
www.worldenergynews.gr
