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科学家预测原始磁场的结构和形态

时间:2021-11-25 18:55:07 来源:

瞥见未知:这个天空视图显示了在地球周围3亿光年半径的球体内平均的哈里森磁场强度。视野特别强的两个区域是英仙座双鱼座星系团(右)和处女座星团(上)。© 天体物理学MPI

在我们的宇宙诞生之后的一秒钟的最初几分之一秒中,不仅产生了基本粒子和辐射,而且还产生了磁场。由马克斯·普朗克天体物理学研究所(Garching)领导的一个研究小组现在已经详细计算了3D磁场在当今宇宙中的样子。

大爆炸在许多方面仍然笼罩在神秘之中。宇宙学家使用各种方法来尝试获取有关我们宇宙最初时刻的信息。一种可能性是宇宙磁场,它是由宇宙的诞生而产生的,并且应该可以保留到今天。

除了为这种所谓的磁致作用所提出的许多高度投机的机制外,还有一个简单的等离子体物理效应:哈里森效应。这一定在大爆炸中产生了磁场。早期宇宙的等离子体中的涡旋运动由于摩擦而产生电流,从而感应出磁场。

知道了那个早期的等离子体涡旋,就可以详细计算出这些磁场是如何产生的。如果从那时起还知道等离子体运动,则可以计算出这些磁场今天的样子。

宇宙场:通过当前宇宙中的英仙座双鱼座星系团的切片,物质分布以灰色表示,蓝色箭头突出显示哈里森磁场。© 天体物理学MPI

必要的信息包含在我们周围的星系分布中,因为这是自早期宇宙以来物质运动的结果。今天,我们非常了解导致星系形成的定律。从今天的星系分布,这使我们能够非常精确地跟踪物质分布的演变。利用这些信息,可以预测当今宇宙中由哈里森效应产生的磁场。

由马克斯·普朗克天体物理学研究所领导的国际团队使用此逻辑来计算当今宇宙邻居中原始磁场的残留量。为此,研究人员首先调查了我们附近的星系分布,并计算了大爆炸时物质的分布。他们考虑了哈里森效应,并最终将由此产生的领域转化回了现在。因此,科学家们能够预测周围3亿光年内原始磁场的结构和形态。

不幸的是,该理论不能通过观察来检验:计算出的磁场比地球磁场小27个数量级,因此远低于当前的测量阈值。这些磁场非常弱,比地球磁场小二十七个数量级。然而,从地球上看,磁场结构的预测非常精确。)和宇宙中的已知位置表明,我们可以高精度地了解我们的宇宙并计算其中的微妙效果。谁知道我们将在100年后测量磁场的精确度–爱因斯坦还认为,他预测的引力波太微弱而无法检测到。

纸:我们宇宙后院的原始磁场


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