Астрономы нашли неожиданную подсказку к загадке расширения Вселенной

Два лучших способа измерения скорости космического расширения, то есть постоянной Хаббла, упорно дают расходящиеся результаты. Это создаёт одну из главных проблем современной космологии, известную как хаббловская напряжённость.

Один из методов косвенный и основан на предсказаниях нашей космологической модели, параметры которой подбираются так, чтобы соответствовать структуре реликтового излучения, слабого послесвечения Большого взрыва. Такие телескопы, как космический аппарат Planck, измерили крошечные неоднородности этого древнего излучения и получили значение постоянной Хаббла приблизительно 67 километров в секунду на мегапарсек (км/с/Мпк).

Сверхновые типа Ia считаются «стандартными свечами», поскольку мы знаем, что их светимость одинакова нев зависимости от того, где они находятся. Чтобы определить их собственную светимость, астрономы используют другие стандартные свечи, например цефеиды в близлежащих галактиках. Эти наблюдения, выполняемые с помощью космических телескопов «Хаббл» и «Уэбб», дают более высокое значение, приблизительно 73 км/с/Мпк.

Разница между 67 и 73 может показаться небольшой, но статистически она весьма значительна. В недавно опубликованной работе астрономы исследовали, могут ли чрезвычайно слабые магнитные поля, оставшиеся с самых первых мгновений после Большого взрыва, помочь разобраться с хаббловской напряжённостью, одновременно позволив заглянуть в физику энергий, недостижимых на Земле.

Если первичные магнитные поля существовали, они ускоряли бы рекомбинацию, воздействуя на заряженные частицы и делая распределение вещества слегка неоднородным.

Изменение момента, когда Вселенная стала прозрачной, меняет размер наблюдаемых структур в реликтовом излучении. В результате практически изменяется космическая «линейка», используемая для измерения расстояний, а вместе с ней и значение постоянной Хаббла, выводимое из модели, что помогает ослабить хаббловскую напряжённость.

В новой работе используются первые полные трёхмерные симуляции первичной плазмы с присутствующими в ней магнитными полями и отслеживается образование водорода. Используя полученную в этих симуляциях историю образования водорода, учёные рассчитали, как должен выглядеть космический микроволновый фон при наличии первичных магнитных полей, и сравнили эти предсказания с наблюдениями.

При различных сочетаниях наборов данных было обнаружено устойчивое слабое предпочтение моделей с первичными магнитными полями со статистической значимостью около от 1,5 до трёх стандартных отклонений. Это ещё не открытие, но содержательный намёк на то, что такие поля существуют.

Не менее важно, что предпочитаемая данными современная напряжённость этих полей, приблизительно пяти‑десяти пикогаусс, близка к той, которая потребовалась бы, чтобы магнитные поля галактик и их скоплений могли возникнуть исключительно из первичных магнитных «семян».

В дополнение к того, что это может снять хаббловскую напряжённость, подтверждение существования первичных магнитных полей даст нам новые подробности того, как выглядела Вселенная, когда ей было всего некоторое количество долей секунды, и, возможно, позволит заглянуть в такие важные события, как сам Крупный взрыв.

Результаты показывают, что данная гипотеза выдерживает самые тщательные проверки, доступные на сегодняшний день, и предлагает чёткие цели для будущих наблюдений. В течение следующих нескольких лет мы узнаем, помогли ли крошечные магнитные поля, существовавшие в зарождении Вселенной, сформировать ту Вселенную, которую мы видим сегодня, и являются ли они ключом к разрешению хаббловской напряжённости.