Farvet magnet univers

Magnetisme fra big bang tændte lys i universet

Astronomerne er gået på jagt efter ganske svage magnetiske kræfter i universets store tomrum. Hvis de findes, må de være opstået allerede ved big bang – og de kan være årsagen til, at de allerførste stjerner blev tændt.

Astronomerne er gået på jagt efter ganske svage magnetiske kræfter i universets store tomrum. Hvis de findes, må de være opstået allerede ved big bang – og de kan være årsagen til, at de allerførste stjerner blev tændt.

Shutterstock & Lotte Fredslund

Du er omgivet af magnetfelter. De udspringer fx fra ledningen til den tændte bordlampe, fra mobiltelefonens batteri og fra Jorden under dine fødder.

Alle felterne dannes af elektriske ladninger i bevægelse. I ledningen og mobilen er det elektronernes vandringer i kredsløbene. I klodens kerne er det rotationen i flydende jernmasser, og i stjerner som vores egen Sol er det bevægelserne i plasmaet af løsrevne elementarpartikler.

Magnetfelterne rækker langt ud i rummet. Feltlinjerne løber fra stjerne til stjerne i hele vores galakse, og endnu større magnetfelter strækker sig mellem galakserne i de gigantiske galaksehobe.

I 2019 viste observationer, at felterne også huserer i den allerstørste skala – nemlig i det såkaldte kosmiske spindelvæv, hvor tråde af tynde gasser forbinder galaksehobene med hinanden.

Magnetisme fra big bang kan være afgørende for universets udvikling.

Et internationalt hold astronomer opdagede 50 millioner lysår lange magnetiske feltlinjer langs med en af gastrådene, og det rejser et fundamentalt spørgsmål: Er universets enorme tomrum mellem gastrådene også gennemvævet af magnetfelter?

Hvis svaret er ja, må magnetismen være født allerede ved big bang og have spillet en vigtig rolle for stoffets fordeling i universet.

Stoffet i universet er fordelt i et spindelvæv, hvor galaksehobe udgør knudepunkterne. Forskere vil nu undersøge, om kun dele af eller hele spindelvævet er magnetisk.

Kosmisk spindelvæv magnetiske galakser
© Virgo Consortium/Max Planck Inst.

1. Galakser er magnetiske

I galaksehobene er stærke magnetiske kræfter på spil. Her hjælper de bl.a. med til, at gasser kan samle sig til stjerner.

Kosmisk spindelvaev gasser har magnetfelter
© Virgo Consortium/Max Planck Inst.

2. Gasser har magnetfelter

De lange tråde af gas, som forbinder galaksehobene, er også omgivet af magnetiske feltlinjer, viser ny forskning.

Kosmisk spindelvaev uafklaret tomrum
© Virgo Consortium/Max Planck Inst.

3. Tomrummet er uafklaret

Om de store tomrum i universet også er magnetiserede, er uvist. Hvis de er, må magnetismen være skabt ved big bang.

Bortset fra tyngdekraften er magnetisme den eneste kendte naturkraft, som er langtrækkende nok til at forme universet i sin helhed.

Og hvis astronomerne kan vise, at den også eksisterer i de store tomrum, kan vi få svar på flere store gåder – fx om, hvordan universets allerførste stjerner blev tændt.

Fødselshjælper for stjernerne

Alle nutidens stjerner er dannet i galakser, og her er magnetisme en vigtig medspiller. I galaksernes stjernetåger hjælper magnetfelter tyngdekraften med at samle stof sammen, så stjernerne kan blive til.

Hvis de magnetiske feltlinjer fører lige ind i en stjernetåge, kan feltet ligefrem skabe floder af gas, som dirigeres ind mod et bestemt område i tågen.

Mørk tåge langs magnetiske feltlinjer

Den mørke tåge nederst i billedet bevæger sig langs de magnetiske feltlinjer ind i området, hvor der foregår intens stjernedannelse.

© NASA

Tyngdekraften accelererer processen, så gastætheden bliver større og større, og trykket og temperaturen stiger. Til sidst bliver der så varmt i skyen, at fusionsprocesserne går i gang, og stjernerne tændes.

Men hvordan opstod de første stjerner i de tidligste dværggalakser? Enten er det sket uden hjælp fra magnetfelter, selvom astronomerne ikke ved hvordan. Eller også er urmagnetisme fra big bang svaret.

Vi har set urfeltet indirekte

Astronomerne mener, at den oprindelige magnetisme enten kan være opstået i det første mikrosekund efter big bang eller i løbet af de følgende 380.000 år, hvor alt stof var et turbulent plasma af løsrevne protoner og elektroner.

I dag vil urmagnetismen være så svag, at der kun er ét sted, vi kan påvise den: i de store tomrum i universet, hvor den ikke forstyrres og overdøves af de langt stærkere felter, som er opstået senere i galaksehobene.

Til det formål har astronomerne udtænkt en snedig, indirekte metode, som allerede har vist tegn på, at urfeltet findes. Metoden går ud på at måle gammastråling fra ekstremt stærke lyskilder omkring supertunge sorte huller i fjerne galakser.

Undervejs gennem universets tomrum omdannes noget af den stærke stråling til ladede partikler, som igen omdannes til gammastråling, men nu med meget lavere energi.

Hvis der ikke er magnetisme i tomrummet, vil denne stråling nå frem til vores teleskoper. Men hvis tomrummet er magnetiseret, vil magnetfeltet feje de ladede partikler til siderne, så strålingen fra dem ikke når frem.

Astronomerne har brugt rumteleskopet Fermi til målingerne, og indtil nu har det ikke opfanget den svage stråling, hvilket tyder på, at urfeltet eksisterer.

Feltet påvirker universets vækst

Ifølge forskernes beregninger er urmagnetismen så svag, at feltstyrken kun svarer til en billiardtedel af styrken fra en almindelig køleskabsmagnet.

Netop denne styrke er interessant i forhold til en anden af kosmologiens store gåder: Hvor hurtigt udvider universet sig? I dag har forskerne med forskellige metoder fundet frem til to svar på spørgsmålet.

Den ene metode tager udgangspunkt i den kosmiske baggrundsstråling, som er et snapshot af universet 380.000 år efter big bang, og herfra regner astronomerne fremad til nutidens univers.

Ved den anden metode begynder forskerne i nutiden og måler afstanden til nære og fjerne supernovaer, der repræsenterer forskellige epoker i universets historie.

Problemet er, at den sidste metode giver en ti procents hurtigere udvidelse end den første. Men nye computersimulationer, som inkluderer urmagnetismen i den første metode, rammer den samme hastighed som supernovaerne. Dermed ser problemet ud til at være løst.

Nyt teleskop vil afgøre sagen

Før forskerne lader champagnepropperne springe, skal de dog finde direkte beviser for, at urmagnetismen findes. Det får de mulighed for med radioteleskopet SKA, som opføres i Sydafrika og Australien og ventes færdigt i 2028.

Paraboler og antenner i Sydafrika og Australien

Paraboler og antenner i Sydafrika (tv.) og Australien (th.) skal tilsammen udgøre verdens største radioteleskop, SKA. Når det står færdigt, vil det måske afsløre universets urmagnetisme.

© CSIRO

Med sine tusindvis af antenner fordelt på de to kontinenter vil SKA kunne detektere urfeltet ved at fange radioglimt fra fjerne galaksehobe.

Radiobølgerne fra glimtene svinger altid i ét bestemt plan, fx lodret. Men hvis bølgerne møder magnetfelter på rejsen gennem et tomrum, drejes planet, så de fx svinger vandret. SKA vil i løbet af en årrække samle data nok til at bevise eller afvise, at urmagnetismen eksisterer.

Til den tid vil vi endelig få svar på, om den magnetisme, vi oplever i overalt i vores omgivelser, har rødder helt tilbage til universets fødsel ved big bang.