Supergreitas galaktikų magnetinių laukų augimas

Beveik visa regimoji materija Visatoje yra plazmos būsenoje – elektronai atsiskyrę nuo branduolių ir sudaro elektringų dalelių mišinį. Ją persmelkia magnetiniai laukai, besidriekiantys per tūkstančius parsekų. Pagrindinė teorija, aiškinanti šių laukų kilmę, yra dinamo mechanizmas: turbulentiškas plazmos judėjimas sustiprina esamus silpnus magnetinius laukus.

Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.

Tačiau standartinė dinamo teorija prognozuoja, kad tvarkingų galaktinių magnetinių laukų susidarymas turėtų užtrukti kelis milijardus metų, tuo tarpu stebėjimai rodo, kad jaunos galaktikos stiprius laukus turėjo praėjus mažiau nei milijardui metų po Didžiojo sprogimo.

Dabar mokslininkai pasiūlė paaiškinimą, kuris šį prieštaravimą pašalina. Pagrindinė pasiūlyto modelio naujovė – įtraukiamas gravitacinis plazmos debesies kolapsas, vykstantis galaktikai formuojantis. Pats debesies traukimasis sukuria papildomą turbulenciją – sūkurius, panašius į tuos, kuriuos matome vandens srovėse.

Dinamo veiksmingumas priklauso nuo šių sūkurių „apsisukimo“ spartos; naujojo tyrimo autoriai parodė, kad kolapsas spartą nuolat didina. Dėl to magnetinis laukas auga ne eksponentiškai, kaip stacionarioje turbulencijoje, o „supereksponentiškai“ – kur kas sparčiau.

Savo analizei tyrėjai panaudojo vadinamąsias superjudančias koordinates – matematinę priemonę, kuri dažnai skaitmeniniuose modeliuose naudojama įtraukiant Visatos plėtimąsi, bet čia pritaikyta kolapsui. Šios koordinatės leidžia besitraukiančio debesies lygtis pertvarkyti į tokias pat kaip statiško debesies, labai supaprastinant skaičiavimus.

Analitiniai skaičiavimai ir skaitmeniniai modeliai parodė, kad magnetinis laukas gali pasiekti maksimalias vertes, didesnes už tas, kurių tikėtumėmės vien iš magnetinio srauto suspaudimo. Tai reiškia, kad dinamas tiesiog efektyviau veikia traukiantis debesiui.

Nors magnetinės jėgos paprastai yra daug silpnesnės už gravitaciją formuojant kosmines struktūras, šie rezultatai rodo, kad stiprūs magnetiniai laukai galėjo atsirasti anksčiau, nei manyta, ir ilgiau veikti Visatos evoliuciją.

Tyrimo rezultatai publikuojami „Physical Review Letters“.