Межгалактические магнитные поля помогут в решении задачи о бариогенезисе

Для выяснения того, в какую именно сторону закручены межгалактические спиральные магнитные поля ученые использовали космический гамма-телескоп «Ферми»

Иллюстрация: NASA

Международная группа исследователей во главе с Танмаем Вачаспати (Tanmay Vachaspati) из Университета штата Аризона (США) в очередной раз подтвердила левозакрученность межгалактических магнитных полей. Этот факт может пролить свет на асимметрию материи и антиматерии во Вселенной. Соответствующая публикация вышла в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (доступен полный текст), а с ее кратким изложением можно ознакомиться на сайте Королевскго астрономического общества.

Межгалактические магнитные поля весьма слабы и их сложно зарегистрировать напрямую. Сначала на снимках «Ферми» ученые выбирали те районы неба, из которых приходят гамма-кванты наиболее высоких энергий. Как правило, это первичные гамма-кванты от сверхмассивныъх черных дыр, однако их часто сопровождают вторичные гамма-кванты, идущие чуть в стороне.

Межзвездная и межгалактическая среда содержит не только нейтральные атомы и молекулы, но и заряженные частицы, прежде всего электроны и протоны — то есть является плазмой. Благодаря ее высокой электропроводности уже возникшие в ней магнитные поля никогда полностью не исчезают. В космосе есть немало сверхмассивных черных дыр из окрестностей которых вылетают гамма-кванты с энергиями порядка тераэлектронвольт. Эти кванты в ходе путешествия от ЧД к земному наблюдателю должны рассеиваться на других фотонах, всегда путешествующих между галактиками и в совокупности образующих внегалактический фоновый свет.

При таком рассеивании возникают электрон-позитронные пары, которые встречаются с фоновыми фотонами и увеличивают их энергию, рождая вторичные гамма-кванты. Межгалактические магнитные поля влияют на пространственное распределение этих вторичных гамма-квантов, так как порождающие их электрон-позитронные пары вынужденно закручиваются по спиралям вокруг магнитных силовых линий. Изучая то, как именно запаздывают регистрируемые гамма-телескопом вторичные гамма-кванты можно сделать вывод о том, в какую именно сторону закручены спирали таких магнитных полей.

Сравнивая расположение точек регистрации первичных и вторичных гамма-квантов, исследователи получили картину того, в какую именно сторону магнитное поле в данном районе пространства «сносило» электрон-позитронные пары, рождавшиеся от рассеивания первичных гамма-квантов и затем во взаимодействии со сторонними фотонами порождавшие вторичные гамма-кванты. Тем самым ученые подтвердили, что межгалактические магнитные поля спиралевидны, то есть их силовые линии представляют собой спирали, причем закрученные в основном влево. 

Вачаспати с коллегами довольно давно (более 10 лет) занимается проблемой межгалактических магнитных полей. В новой работе по сравнению с предыдущими результатами ученым удалось улучшить методику, увеличить выборку, а, также, исключить ряд альтернативных объяснений наблюдаемых эффектов. По их словам, теперь говорить о существовании такого поля и его левой закрученности можно с достаточной степенью уверенности.

Факт левозакрученности большинства межгалактических магнитных полей исследователи считают важным. В современной космологии существует проблема барионной асимметрии Вселенной. Ее сущность заключается в том, что вокруг нас практически нет антивещества. При этом частицы и античастицы предпочитают рождаться парами. Значит, сразу после Большого взрыва сработал некий механизм, который привел к тому, что материи родилось чуть больше, чем антиматерии, и Вселенная появилась на свет.

В 2001 году Вачаспати представил работу, в которой попытался вывести наблюдаемые следствия одного из вариантов такого механизма под названием электрослабый бариогенезис. Механизм связывает избыток частиц с процессами на стенках пузырей  через 10-34—10 −32 секунд после рождения Вселенной. При этом, если такой механизм имел место, то возникшие в ранней Вселенной магнитные поля должны быть закручены в левую сторону. В свою очередь, искать следы таких полей надо в межгалактическом пространстве.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.