宇宙大爆炸留下的皱纹可能已经磁化了宇宙

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宇宙大爆炸遗留下来的宇宙线可能是宇宙磁场的原因。



新的研究表明，随着宇宙弦——宇宙大爆炸早期遗留下来的时空中奇异的皱纹——的传播，它们可能会在其尾流中触发磁场的形成。科学家在一篇新论文中提出，这些磁场将浸透宇宙，从而解释星系和星团的磁化。
宇宙中几乎每一个物体都有磁场。较小的物体，如行星和恒星，通过其内部的发电机作用产生自己的磁场，其中旋转的带电等离子体流迫使弱磁场折叠在自己身上。
在更大的尺度上，天文学家已经观测到星云、超新星残骸和原行星盘内的磁场。在这些情况下，复杂的带电粒子流会产生弱场。
宇宙中一些最大的物体，如星系和星系团，也保持着磁场。它们通常非常微弱——大约是地球磁场强度的百万分之一——但它们非常巨大，在某些情况下可以延伸数百万光年。
天文学家不确定星系和星团是如何获得磁场的。要产生磁场，你需要带电粒子一起运动。但在宇宙发展的早期阶段，在第一颗恒星和星系出现之前，宇宙是电中性的。中性气体本身不能产生磁场，因此，不知怎的，宇宙必须产生磁场。
一旦宇宙有了初始的种子磁场，当宇宙的演化将中性气体转变为带电等离子体时，它就可以将其放大。但第一个磁场的来源几十年来一直是天文学中一个持久的谜。
缠绕的宇宙弦
在预印本服务器arXiv上发表的一篇新论文中，研究人员提出了宇宙种子磁场来源的最奇特解释：宇宙弦。
宇宙弦是许多天文学家认为在宇宙早期形成的理论物体。当我们的宇宙不到一秒时，它经历了几个剧烈的相变阶段。在最早的时候，自然界的四种力量都统一为一种力量。这些相变产生了统一的力，一个接一个地将其分裂成重力、强核力、弱核力和电磁力。
随着力的每一次分裂，时空的基本真空都会重新配置。但这一过程可能并不完全顺利或完美，时空中可能出现了缺陷。其中一些缺陷表现为空间中的一维褶皱，就像一张纸上的皱纹。这些是宇宙弦。
自1970年代宇宙弦理论化以来，天文学家一直在寻找宇宙弦。到目前为止，所有的搜索结果都是空的，然而宇宙弦似乎是我们所有早期宇宙理论的一般预测。
如果宇宙弦真的存在，它们确实会很奇怪。例如，由于它们折叠时空的独特方式，如果你绕着一个圆圈旅行，当你完成旅程并回到起点时，你会发现你旅行了不到360度。宇宙弦也可以振动，波纹以光速在其长度上下移动，偶尔形成环，然后在辐射的狂潮中振动致死。
磁化的制作
这项研究的作者利用宇宙弦的独特特性将它们转变为磁场的发生器。这个想法是，当宇宙弦行进时，它们会在时空结构中留下涟漪，就像尾迹拖着快艇一样。
如果宇宙线穿过等离子体，时空中的波纹会改变等离子体中小口袋的温度和密度。这些差异会使电荷运动，并可能成为磁场的开端。这些种子场不会很强，不到地球磁场的百万分之一，但足够了。
一旦宇宙线离开该区域，剩余的等离子体就会压缩和冷却，形成恒星、星系和星团。当等离子体被压缩时，它可能会将初始场放大到天文学家今天看到的强度。
尽管这个假设很有趣，但它有一个主要问题：我们还不知道宇宙弦是否存在。谢天谢地，作者们解决了这一点，并注意到宇宙弦的潜在观测特征。这些在等离子体中产生磁场的尾流在宇宙线离开后仍持续很长时间。最终，尾流以引力波的形式冲刷地球。
如果早期宇宙中有足够的宇宙弦，我们就有可能用下一代引力波探测器观测到它们时空尾流的残余。一旦我们知道宇宙弦确实存在于某个时刻，我们就可能最终知道是什么导致宇宙被磁化。