Швейцарські астрофізики довели, що темна матерія пояснює природу магнітних структур у Всесвіті

Дослідники з університетів McGill та ETH Zurich запропонували новий механізм утворення космологічних магнітних полів, які давно спостерігаються на міжгалактичних масштабах, але залишалися загадкою для науки. Їхня робота, опублікована в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, пов’язує виникнення цих полів із квантовим псевдоскалярним полем, що може бути джерелом ультралегкої темної матерії.

Автори пояснюють, що після епохи рекомбінації — приблизно через 380 тисяч років після Великого вибуху — Всесвіт став достатньо холодним, щоб електрони і ядра утворили нейтральні атоми. У цей період світло і матерія вже не були жорстко пов’язані, тож магнітні поля могли зберігатися протягом мільярдів років. Саме тоді, за їхньою моделлю, осциляції аксіонного поля могли викликати нестабільність у електромагнітному полі, що призвело до утворення однорідних магнітних структур.

У своїх розрахунках команда використала добре відомий термін взаємодії в аксіоелектродинаміці, який описує зв’язок псевдоскалярного аксіонного поля з електромагнітним. Вони показали, що така взаємодія може спричинити швидке зростання довгохвильових мод електромагнітного поля, формуючи магнітні поля, які відповідають сучасним астрономічним спостереженням.

Науковці наголошують, що їхній підхід не потребує гіпотез про малозрозумілу фізику раннього Всесвіту, як-от інфляційні процеси. Натомість він пояснює походження магнітних полів у «пізніший» період космічної історії, після рекомбінації. Це ставить під сумнів попередні теорії, які вважали такі поля можливими лише на ранніх етапах розвитку Всесвіту.

Подальші дослідження мають уточнити, як саме ці магнітні поля взаємодіють із темною матерією та яку частку її енергії вони перетворюють на електромагнітну. Автори також планують дослідити роль цього механізму у формуванні надмасивних чорних дір, адже він може пояснити, як уникалося фрагментування матерії під час їхнього зародження.