Nový výzkum CERN a Oxfordské univerzity ukazuje, že magnetická pole ve vesmíru mohla vzniknout spontánně v prvních zlomcích sekundy po Velkém třesku – bez hvězd, galaxií nebo struktur. Pomocí experimentů s plazmatem vědci demonstrovali, jak drobné fluktuace elektrického pole mohly zažehnout síly, které dodnes prostupují vesmírem.
Vše, co se ve vesmíru děje, od pádu jablka po výbuch supernovy, lze nakonec vysvětlit pomocí čtyř základních sil. Pokud se vrátíme k základům, gravitace drží pohromadě planety a galaxie; elektromagnetická interakce řídí světlo, elektřinu a magnetismus; silná jaderná síla drží pohromadě atomová jádra; a slabá jaderná síla je zodpovědná za některé typy radioaktivity a reakce, které pohánějí Slunce.
Z těchto čtyř sil je gravitace nejznámější, ale také nejslabší. V kosmickém měřítku však překvapivě dominuje jiná síla: elektromagnetismus. Magnetická pole protínají celé galaxie, formují hvězdné větry, odklánějí kosmické záření a mohou ovlivňovat vznik kosmických struktur. Přesto jejich původ zůstává jednou z největších záhad moderní astrofyziky.
Jsou tu již od Velkého třesku?
Až donedávna vědci nevěděli, zda tato magnetická pole vznikla spolu s prvními hvězdami, nebo zda existovala již dříve, v prvních okamžicích po Velkém třesku, kdy byl vesmír rozpínající se plazmovou polévkou. Nová studie CERNu a Oxfordské univerzity, publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), nyní přináší jedno z nejsilnějších vodítek: magnetismus mohl vzniknout spontánně z elektrických fluktuací v prvotním plazmatu.
Vědci kombinovali laboratorní experimenty s numerickými simulacemi, které rekonstruují podmínky v raném vesmíru. Při experimentech prováděných s vysokoenergetickými svazky plazmatu pozorovali, že malé nepravidelnosti v elektrických polích mohou generovat mikroskopické proudy, které následně dávají vzniknout magnetickým polím. Nejpozoruhodnější je, že tato pole nevyžadovala žádné předchozí struktury: stačila minimální asymetrie v rozložení nabitých částic.
Podle studie mohl tento jev, známý jako Biermannův efekt, podobně působit i v raném vesmíru. V prvních zlomcích sekundy po Velkém třesku, kdy se vesmír skládal z protonů, elektronů a fotonů v extrémně horkém vývaru, mohly jakékoliv výkyvy hustoty nebo teploty vyvolat drobná magnetická pole. Postupem času by je rozpínání vesmíru a pohyb plazmatu zesílily do měřítek, která pozorujeme dnes, a rozšířily by se napříč kupami galaxií a kosmickými vlákny.
Objev, který otevírá oči
Tento objev je důležitý, protože pomáhá vysvětlit, jak byl kosmický magnetismus „zaset“, aniž by bylo nutné používat exotičtější mechanismy nebo libovolné počáteční podmínky. Propojuje také částicovou fyziku s kosmologií a ukazuje, jak se na utváření velkorozměrového vesmíru podílely jevy, které dnes můžeme reprodukovat v laboratoři, jako je dynamika plazmatu.
Jak zdůrazňuje oxfordský tým, pochopení původu magnetismu není jen teoretickou zajímavostí. Magnetická pole ovlivňují vznik hvězd, vývoj galaxií a šíření kosmického záření. Pochopení toho, kdy a jak se objevila, nám může poskytnout ucelenější obraz o historii vesmíru… a připomenout nám, že i v těch nejtišších koutech vesmíru nikdy nepřestaly vibrovat neviditelné síly.