Giả thuyết mới gây sốc về nguồn gốc từ trường trong vũ trụ

Cách vũ trụ có được từ trường lớn vẫn là một trong những vấn đề nan giải nhất trong vật lý thiên văn.

Vậy những từ trường khổng lồ này đến từ đâu? Mặc dù chúng tương đối yếu, nhưng chúng lại cực kỳ lớn. Vì vậy, bất cứ thứ gì tạo ra chúng hẳn phải đến từ các nguồn năng lượng phù hợp, quy mô lớn.

Từ trường bao quanh tất cả các thực thể vũ trụ từ nhỏ bé như một thiên thạch cho đến các ngôi sao to lớn như mặt trời hay cả dải ngân hà. Ảnh: Space

Từ trường có ở khắp mọi nơi trong vũ trụ. Tất nhiên, có từ trường của Trái đất , làm chệch hướng bức xạ vũ trụ nguy hiểm, làm rung chuyển la bàn của chúng ta và dẫn đường cho các đàn chim di cư.

Nhưng các hành tinh và ngôi sao khác cũng có từ trường , và từ trường của Sao Mộc và Mặt trời mạnh hơn từ trường của Trái đất.

Ngay cả toàn bộ thiên hà Milky Way cũng có từ trường riêng. Nó yếu hơn Trái Đất khoảng một triệu lần, nhưng trải dài hàng chục nghìn năm ánh sáng, bao trùm toàn bộ thiên hà.

Các nhà thiên văn học biết về các từ trường thậm chí còn lớn hơn, một số trong đó lấp đầy toàn bộ các cụm thiên hà có thể đạt tới vài triệu năm ánh sáng.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã đề xuất một số cơ chế, giả thuyết và phần lớn trong số đó dựa trên một quá trình phát điện lấy các trường "hạt giống" yếu và khuếch đại chúng lên các giá trị hiện tại của chúng.

Nhưng điều đó chỉ đẩy mục tiêu lùi xa hơn nữa. Các cánh đồng hạt giống yếu kém đến từ đâu ngay từ đầu?

Trong một bài báo gửi đến Tạp chí Vật lý thiên văn vào tháng 10, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một giải pháp mới. Kịch bản của họ bắt đầu vào buổi bình minh của vũ trụ , khi vũ trụ chỉ mới vài trăm triệu năm tuổi và những ngôi sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu tỏa sáng.

Sau khi những ngôi sao đầu tiên đó chết đi, chúng để lại những mảnh nguyên tố nặng hơn, chúng tìm thấy nhau trong không gian giữa các vì sao để trở thành những hạt bụi đầu tiên.

Những hạt bụi này thường tích điện thông qua sự bắn phá bằng bức xạ và ma sát với nhau. Khi thế hệ sao thứ hai phát sáng, ánh sáng mạnh của chúng chiếu xuyên qua tất cả khí và bụi xung quanh chúng.

Một giả thuyết mới về viên "pin bụi" khổng lồ hoạt động khi những ngôi sao đầu tiên xuất hiện là hạt giống cho từ trường. Ảnh: Meezom

Nếu những ngôi sao này đủ mạnh, bức xạ của chúng có thể đẩy các hạt bụi theo nghĩa đen, khiến chúng di chuyển qua phần còn lại của khí. Những hạt bụi tích điện chuyển động này sẽ tạo ra một dòng điện yếu nhưng trên diện rộng, giống như một sợi dây đồng có đường kính 1.000 năm ánh sáng.

Bởi vì quá trình lọc bức xạ qua khí giữa các vì sao không hoàn toàn đồng đều, các hạt bụi chuyển động có xu hướng tụ lại ở một số điểm và phân tán ở những điểm khác. Điều này sẽ tạo ra sự khác biệt về lượng dòng điện từ nơi này đến nơi khác, theo định luật điện từ, sẽ tự nhiên tạo ra từ trường.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng từ trường này sẽ cực kỳ yếu — chỉ bằng khoảng một phần tỷ sức mạnh của từ trường Trái Đất.

Nhưng nó sẽ đủ lớn để các quá trình vật lý thiên văn khác, như trộn và khuếch đại dynamo, có thể bám vào trường hạt giống đó và tạo ra từ trường mà chúng ta thấy ngày nay.

Tuy nhiên, đây chỉ là một giả thuyết. Các nhà nghiên cứu đã kết thúc công trình của họ bằng một công thức để đưa cơ chế này vào các mô phỏng về sự tiến hóa của các thiên hà và từ trường của chúng.

Đó là một bước quan trọng trong việc so sánh các từ trường đầy đủ được dự đoán bởi lý thuyết này với các từ trường mà chúng ta thấy trong vũ trụ thực tế.

Chúng ta không thể tua ngược đồng hồ để xem từ trường của vũ trụ như thế nào từ lâu, nhưng chúng ta có thể sử dụng những ý tưởng như thế này để cố gắng tái tạo lại quá khứ.

Mời độc giả xem thêm video "Cách từ trường bảo vệ trái đất khỏi bão mặt trời" - Nguồn Thế giới thiên văn

Tuệ Minh (theo Arxiv)