星系之間的磁場(chǎng)示意圖。Chris Mihos / CWRU

磁場(chǎng)在我們這個(gè)宇宙中無處不在，而磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)制各不相同。但大部分磁場(chǎng)是通過所謂“發(fā)電機(jī)機(jī)制”產(chǎn)生的。所謂“發(fā)電機(jī)機(jī)制”，是一系列能夠使磁場(chǎng)得以產(chǎn)生、伸展、扭曲和展開的物理學(xué)機(jī)制，能夠讓磁場(chǎng)變得更強(qiáng)。例如我們地球的強(qiáng)磁場(chǎng)，就源于地心這個(gè)“發(fā)電機(jī)”。

然而天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，在大尺度的宇宙中也存在著磁場(chǎng)。這些微弱而堅(jiān)韌的磁場(chǎng)可以橫跨多個(gè)星系乃至星系團(tuán)。它們的強(qiáng)度不及地球磁場(chǎng)的百萬分之一，但規(guī)模卻非常龐大，跨度動(dòng)輒可以百萬光年計(jì)量。

人們一直以來都在探尋究竟是什么制造出了這此龐大的磁場(chǎng)。最近有學(xué)者提供了一個(gè)令人著迷的新假說。

在我們宇宙誕生僅數(shù)億年，總體上還非常年輕的時(shí)候，首代恒星開始發(fā)光。首代恒星的壽命很短，它們快速燃盡后，將重元素散布到了宇宙空間中，形成了宇宙中的首批塵埃粒子。

隨著第二代恒星的登場(chǎng)，它們產(chǎn)生的強(qiáng)大輻射，照射并推動(dòng)了周邊的氣體和塵埃。塵埃粒子因受到輻射而帶上了電荷，而一旦它們?cè)趶?qiáng)輻射的推動(dòng)下發(fā)生位移，就會(huì)在極大的尺度上產(chǎn)生微弱的電流。電流的產(chǎn)生，會(huì)自然而然地導(dǎo)致磁場(chǎng)出現(xiàn)。

起初磁場(chǎng)是統(tǒng)一而完整的，但隨著塵埃粒子開始四處聚集成團(tuán)，它們開始變得不規(guī)則，互相糾纏在一起。

這些原初的磁場(chǎng)極其微弱，強(qiáng)度不及地球磁場(chǎng)的十億分之一。但它們已經(jīng)相當(dāng)龐大，跨度至少在數(shù)千光年以上。它們?yōu)椤鞍l(fā)電機(jī)機(jī)制”的產(chǎn)生提供了完美條件。在“發(fā)電機(jī)機(jī)制”的作用下，這些磁場(chǎng)被進(jìn)一步放大和拉伸到今天我們所見到的規(guī)模。

研究人員稱，這表明早期宇宙新生恒星的周圍，環(huán)繞著一個(gè)個(gè)由塵埃組成的超級(jí)“電池”。下一步學(xué)者們將對(duì)這些磁場(chǎng)展開演化的細(xì)節(jié)進(jìn)行研究。他們將模擬這些磁場(chǎng)的演化，并將結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

參考
Dust Battery: A Novel Mechanism for Seed Magnetic Field Generation in the Early Universe
https://arxiv.org/abs/2410.21461