Добре известно е, че Вселената се разширява, но сред учените съществуват сериозни разногласия относно скоростта на този процес. Два от най-добрите методи за измерване на скоростта на космическото разширение – т.нар. константа на Хъбъл – дават резултати, които упорито си противоречат. Това създава сериозен проблем в съвременната космология, известен като „напрежението на Хъбъл“.

Някои учени обаче се запитаха дали една идея, първоначално предложена за разрешаване на друга космическа загадка – произхода на космическите магнитни полета, – би могла да ни помогне да разгадаем и мистерията около напрежението на Хъбъл.

В наскоро публикувано изследване екип учени, състоящ се от Карстен Йедамчик, Левон Погосян и Том Абел, проучват дали изключително слаби магнитни полета, останали от най-ранните мигове след Големия взрив, биха могли да ни помогнат да разберем същността на напрежението на Хъбъл, като същевременно ни дадат представа за физични процеси при енергийни нива, далеч надхвърлящи всичко постижимо на Земята.

Астрономите използват константата на Хъбъл като мярка за скоростта, с която се разширява Вселената. Тя носи името на американския астроном Едуин Хъбъл, който пръв открива, че Вселената се разширява. Съществуват два концептуално различни подхода за измерване на константата на Хъбъл. Единият е косвен и се основава на прогнози от нашия космологичен модел, настроен така, че да съответства на характеристиките на космическото микровълново фоново лъчение – слабото остатъчно сияние от Големия взрив.

Телескопи като космическата обсерватория „Планк“ са измерили миниатюрни флуктуации в тази древна светлина, въз основа на които се прогнозира стойност на константата на Хъбъл от около 67 километра в секунда на мегапарсек (km/s/Mpc). Парсекът е единица за разстояние в астрономията, равна на около 3.26 светлинни години, или 30.9 трилиона километра. Мегапарсекът представлява един милион парсека.

Вторият метод е по-директен и наподобява този, използван от Хъбъл през 20-те години на миналия век, когато той за първи път демонстрира, че Вселената се разширява. Той измерва скоростта, с която отдалечени галактики се отдалечават от нашата собствена галактика – Млечния път, – чрез наблюдение на яркостта на свръхновите експлозии в тези далечни галактики.

Свръхновите от тип Ia са известни като „стандартни свещи“, тъй като знаем, че тяхната светимост е еднаква, независимо къде се намират. Това означава, че можем да определим разстоянието до тях въз основа на това колко слаби ни изглеждат. За да определят собствената им яркост, астрономите използват други стандартни свещи, като например цефеидите в близките галактики. Тези наблюдения, извършвани с помощта на космическите телескопи „Хъбъл“ и „Джеймс Уеб“, дават по-висока стойност – около 73 km/s/Mpc.

Тази разлика между двете измервания се нарича „напрежение на Хъбъл“. Разликата между 67 и 73 може да изглежда малка, но тя е статистически изключително значима. Ако и двата метода са верни, това означава, че в стандартния ни космологичен модел вероятно липсва нещо съществено.

Магнитните полета присъстват навсякъде във Вселената. Планетите и звездите генерират собствени полета, но се сблъскваме с пропуски в познанията си, когато се опитваме да обясним магнитните полета с много по-голям мащаб, които пронизват галактиките и техните купове, а вероятно дори и космическите празнини.

Една отдавна изследвана хипотеза е, че магнетизмът се е появил още в най-ранния етап от съществуването на Вселената – много преди формирането на първите звезди или галактики. Тези така наречени първични магнитни полета са обект на проучвания от десетилетия, а търсенето на следи от тях в космическия микровълнов фон и в други данни предоставя възможност да се изследват ранната Вселена и екстремните енергии, довели до възникването на тези полета.

През 2011 г. двама членове на екипа (Йедамчик и Абел) посочиха, че първичните магнитни полета биха оказали влияние върху процеса на рекомбинация – момента, в който електроните и протоните за първи път са се свързали, за да образуват неутрален водород, а Вселената е преминала от непрозрачно в прозрачно състояние. Първата светлина, получила възможност да се разпространява свободно от този момент нататък, е това, което днес наблюдаваме като космически микровълнов фон.

Ако съществуват, първичните магнитни полета биха ускорили рекомбинацията, като въздействат върху заредените частици и ги принуждават да се струпват, правейки материята леко нееднородна. Там, където частиците са по-гъсто разположени, вероятността те да се срещнат и да образуват водород е по-голяма.

Промяната на момента, в който Вселената става прозрачна, изменя мащаба на наблюдаваните структури в космическия микровълнов фон. Това на практика променя „космическата линийка“, използвана за измерване на разстояния, а оттам и стойността на константата на Хъбъл, изведена от модела, което помага за смекчаване на проблема с напрежението около стойността на Хъбъл (т.нар. напрежение на Хъбъл).

За новия си модел учените използваха първите пълни триизмерни симулации на първичната плазма с вградени в нея магнитни полета, за да проследим как се образува водородът. Данните за процеса на образуване на водород, получени чрез тези симулации, се използват за прогнози относно това как би трябвало да изглежда космическият микровълнов фон при наличие на първични магнитни полета, след което тези прогнози се съпоставят с наблюденията на фона.

Космическият микровълнов фон е изключително чувствителен към промени в процеса на рекомбинация. Ако първичните магнитни полета го бяха променили по начин, несъвместим с наблюденията, тази хипотеза би могла да бъде отхвърлена. Вместо това данните показаха, че нашето предположение остава напълно обосновано. При различни комбинации от набори от данни установяваме устойчива, макар и умерена индикация в полза на съществуването на първични магнитни полета, варираща в диапазона от около 1.5 до три стандартни отклонения. Това все още не представлява научно откритие, но е значимо указание, че те съществуват.

Не по-малко важно е, че стойностите на интензитета на магнитното поле, към които сочат данните – около 5 до 10 пикогауса днес, – са близки до необходимите, за да може магнитното поле на галактиките и галактичните купове да възникне единствено от първични зародиши. Пикогаусът е единица за измерване на интензитета на магнитното поле.

Освен че биха помогнали за разрешаването на проблема с напрежението около константата на Хъбъл, евентуалното потвърждаване на съществуването на първични магнитни полета би отворило нов прозорец към състоянието на Вселената броени частици от секундата след нейното зараждане, като вероятно би позволило да се надникне към важни събития като самия Голям взрив.

Снимка: Unsplash 

Виж още: Lenovo обявява Tech World @ CES 2027: Дефиниране на следващата ера на хибридния изкуствен интелект (Hybrid AI)