فیزیک‌دانان در راهِ رسیدن به سرچشمه‌ی نخستین میدان‌های مغناطیسیِ کیهان

در کیهانِ نخستین، پیش از آن‌که آهن و دیگر موادِ مغناطیسی در درونِ ستاره‌ها ساخته شوند، هیچ مغناطشِ دایمی وجود نداشته است. با این وجود، ماده‌ی موجود در فضای بینِ ستاره‌ایِ آغازین، دارای میدانِ مغناطیسی بوده است. پرسش آن است که سرچشمه‌ی این میدانِ مغناطیسی در کجاست؟ پژوهش‌گران چنین می‌پندارند که در گازِ یونیده‌ای که در آغازِ کیهان وجود داشته افت‌وخیزهایی در میدانِ مغناطیسی رخ داده که البته برآیندِ آن‌ها صفر بوده است. اما برخی رخ‌دادهای پرانرژی مانندِ انفجارهای ابرنواختری و یا بادهای کهکشانی می‌توانند انرژیِ لازم برای هم‌راستا کردنِ این افت‌وخیزها را فراهم کرده و در نتیجه در کیهانِ نخستین، میدانِ مغناطیسیِ ناصفری را در ماده‌ی موجود در فضای بینِ ستاره‌ای ایجاد کنند.

دانش‌مندان مدت‌هاست در پیِ آن هستند که سرچشمه‌ی مغناطشِ مشاهده شده در ماده‌ی موجود در فضای بینِ ستاره‌ای را بیابند، با فرضِ آن‌که گازِ کاملاً یونیده‌ای که در کیهانِ نخستین وجود داشته، هیچ ذره‌ای با ویژگیِ مغناطیسی دربر نداشته است. بنابر پژوهش‌های تازه‌ای که یک اخترفیزیک‌دانِ آلمانی انجام داده است، پاسخ در افت‌وخیزهای مغناطیسی‌ست که در پلاسمای موجود در کیهانِ نخستین رخ داده است. اگرچه در ابتدا برآیندِ این افت‌وخیزها صفر بوده، اما بنابر محاسباتِ این پژوهش‌گر چنین افت‌وخیزهایی هنگامی که توسطِ فرآیندهای پرانرژی مانندِ انفجارهای ابرنواختری انباشته می‌شوند، میدانِ مغناطیسیِ اضافه‌ای ایجاد می‌کنند.
PW-2013-01-10-cosmis-magnets
مغناطشِ دایمی از ویژگی‌هایی‌ست که تنها مختصِ چندین ماده است مانندِ آهن. در چنین موادی، اسپینِ تک‌الکترون‌ها به طورِ طبیعی در یک راستا قرار می‌گیرد و پسماندِ مغناطیسی ایجاد می‌کند. در کیهانِ نخستین، پیش از آن‌که آهن و دیگر موادِ مغناطیسی در درونِ ستاره‌ها ساخته شوند، هیچ مغناطشِ دایمی وجود نداشته است. با این وجود، ماده‌ی موجود در فضای بینِ ستاره‌ایِ آغازین، دارای میدانِ مغناطیسی بوده است. این ماده در واقع پلاسمایی‌ست متشکل از چندین هسته‌ی سبک به همراهِ الکترون‌ها و پروتون‌های آزاد که عمرِ کیهان به هنگامِ شکل‌گیریِ این پلاسما کمتر از یک میلیارد سال بوده است.

بذرهای مغناطیسی

اخترفیزیک‌دانان بر این باورند که چنین امکانی وجود داشته که پدیده‌هایی هم‌چون رمبشِ انفجارگونه‌ی ستارگانِ پرجرم که با عنوانِ «انفجارِ ابرنواختری» شناخته می‌شود، و یا جریان‌های ذراتِ باردار که «بادهای کهکشانی» نامیده می‌شود، انرژیِ موردِ نیاز برای انباشتنِ میدان‌های مغناطیسیِ کوچک و نامرتب را تامین کنند، چنان‌که این میدان‌های کوچک یا همان «بذرهای مغناطیسی» را هم‌راستا کرده و شدتِ آن را به اندازه‌ی میدانِ مغناطیسی مشاهده شده در فضای بینِ ستاره‌ای برساند. چنین انرژی تقریباً برابر است با میزانِ انرژی که توسطِ فشارِ گرماییِ ماده‌ی موجود در فضای بینِ ستاره‌ای تولید می‌شود. پرسش این‌جاست که این بذرهای میدانِ مغناطیسی از کجا پدید آمده‌اند؟

رِین‌هارد اِشلیک‌آیزر (Reinhard Schlickeiser) از دانش‌گاهِ هُوار در بوخومِ آلمان برای یافتنِ پاسخِ این پرسش، پلاسمای بینِ ستاره‌ایِ آغازین را در فاصله‌ی زمانیِ اندکی از هنگامِ شکل‌گیریش بررسی کرده است. این دوره‌ی زمانی که با عنوانِ «بازیونش» شناخته می‌شود هنگامی‌ست که عاملی که احتمالاً نورِ نخستین ستاره‌ها بوده، انرژیِ موردِ نیاز برای یونشِ گازِ خنثیِ موجود در کیهان را تامین کرده است. پروتون‌ها و الکترون‌های موجود در پلاسما به دلیلِ قرار گرفتن در کیهانی با دمای متناهی، پیوسته در حالِ جنب‌وجوش بوده‌اند. به این ترتیب درست مانندِ هر ذره‌ی باردار دیگری که در حالِ حرکتِ کاتوره‌ایست، این ذرات نیز میدان‌های مغناطیسیِ کاتوره‌ای تولید می‌کردند که البته برآیندِ کلِ این میدان‌ها صفر بوده است. با این وجود Schlickeiser بر این باور است که انحراف از همین افت‌وخیزهای میدانِ مغناطیسی به اندازه‌ی مقداری متناهی، منجر به تولیدِ میدانِ مغناطیسیِ دایمی در سرتاسرِ کیهان شده است.

برای محاسبه‌ی میزانِ انحرافِ شدتِ میدان از این افت‌وخیزها، Schlickeiser نظریه‌ای را به‌کار بسته که در سالِ ۲۰۱۲ به همراهِ پیتر یون (Peter Yoon) از دانش‌گاهِ مریلند ساخته و پرداخته است. همان‌گونه که می‌دانیم، تغییرات در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی موجبِ گسیلِ تابشِ الکترومغناطیسی می‌شود. اما در این مورد، افت‌وخیزهای میدانِ مغناطیسی غیرِ تناوبی هستند به این معنی که بر خلافِ حالتِ گفته شده، این افت‌وخیزها به صورتِ موج منتشر نمی‌شوند. در واقع برخلافِ امواجِ نور که اندازه‌ی طولِ موج و بسامد، به کمکِ سرعتِ (انتشارِ) موج به یک‌دیگر وابسته هستند، در موردِ این افت‌وخیزها طولِ موج (فاصله‌ی فضایی که این افت‌وخیزها در آن بازه رخ می‌دهند) و بسامد (که تعیین می‌کند این افت‌وخیزها چه اندازه به طول می‌انجامد) هیچ هم‌بستگی ندارند.

بسیار ضعیف‌تر از آهن‌ربای یخچال

Schlickeiser در انجامِ محاسباتِ خود بر روی همه‌ی طولِ موج‌ها و بسامدهایی که برای افت‌وخیزهای مغناطیسی در درونِ گازی با دمای ۱۰,۰۰۰ درجه‌ی کلوین مجاز است، جمع‌بندی انجام می‌دهد. این دما، کمابیش با دمای ماده‌ی موجود در فضای بینِ ستاره‌ایِ آغازین به هنگامِ دوره‌ی بازیونش برابر است. این محاسبات شدتِ میدانِ مغناطیسی را در درونِ کهکشان‌های نوپا در حدودِ ۱۰-۱۲ گاوس و برای فضای تهی که این کهکشان‌ها را دربر گرفته در حدودِ ۱۰-۲۱ گاوس تخمین می‌زند. این اندازه‌ها با اندازه‌ی شدتِ میدانِ مغناطیسیِ زمین که در حدودِ ۰٫۵ گاوس است و نیز آهن‌ربایی نسبتاً قوی که در یخچال به‌کار رفته و میدانی در حدودِ ۱۰۰ گاوس دارد، قابلِ مقایسه است.

Schlickeiser خاطرنشان می‌کند که وی نخستین کسی نیست که برای پاسخ‌گویی به معمای میدانِ مغناطیسی موجود در فضای بین ستاره‌ای، سازوکارِ بذرهای مغناطیسی را به‌کار گرفته است. در واقع در سالِ ۱۹۵۰ ستاره‌شناسِ آلمانی لودویک بیِرمَن (Ludwig Biermann) چنین پیشنهاد کرد که نیروی گریز از مرکزی که در پلاسمای در حالِ چرخش ایجاد می‌شود می‌تواند پروتون‌ها را از الکترون‌ها که سبک‌تر هستند، جدا کند و این جداسازیِ بارها به ایجادِ میدان‌های ضعیفِ الکتریکی و مغناطیسی می‌انجامد. گرچه بنابه گفته‌ی Schlickeiser اجرامِ چرخنده‌ی کافی و مناسب برای این طرح وجود ندارد و این به این معناست که میدانِ مغناطیسی که توسطِ این طرح پیش‌گویی می‌شود، تنها کسرِ کوچکی از میدانِ موجود در ماده‌ی بین ستاره‌ای را توجیه می‌کند.

گواهِ رصدی مورد نیاز است

گامِ بعدی Schlickeiser یافتنِ گواهِ رصدی‌ست که ایده‌ی او را تایید کند. وی می‌گوید که یکی از گزینه‌های ممکن، مشاهده‌ی تابشِ میکروموجِ پس‌زمینه‌ی کیهانی‌ست. این تابش، امواجی ضعیف با طولِ موج بلند است که در سرتاسرِ کیهان پراکنده شده و در حدودِ ۴۰۰,۰۰۰ سال پس از انفجارِ بزرگ گسیل شده است. در آن هنگام، الکترون‌ها و پروتون‌ها به اندازه‌ای سرد شده بودند که بتوانند به کمکِ نیروی جاذبه‌ی یک‌دیگر، با هم ترکیب شده و اتم‌ها را ایجاد کنند. به این ترتیب فوتون‌ها از برهم‌کنش با ذراتِ باردار رها شده و می‌توانستند آزادانه در فضا منتشر شوند. ایده از این قرار است که حضورِ میدانِ مغناطیسی، صفحه‌ی قطبشِ امواجِ الکترومغناطیس را تغییر می‌دهد بنابراین می‌توان تغییراتِ موجود در قطبشِ تابشِ پس‌زمینه‌ی کیهانی را اندازه‌گیری کرده و به وجودِ میدان‌های مغناطیسی پی برد. این کار را با به‌کارگیریِ داده‌های ماهواره‌ی پلانک از آژانسِ هوافضای اروپا می‌توان انجام داد. Schlickeiser می‌گوید: «در حالِ حاضر روشن نیست که آیا این افت‌وخیزها اثراتِ قابلِ اندازه‌گیری بر روی تابشِ پس‌زمینه دارند یه نه. اما تصورِ من این است که این موضوع، ارزشِ فهمیدن را دارد».

ماسیمو اِستیاوِلی (Massimo Stiavelli) از مرکزِ تلسکوپِ فضاییِ موسسه‌ی علومِ مریلند در موردِ این کارِ پژوهشی خوش‌بین است و چنین می‌گوید: «سازوکاری که توصیف شد می‌تواند بذرهای موردِ نیاز برای ایجادِ میدان‌های مغناطیسیِ آغازین را فراهم کند». هم‌چنین باید توجه کرد که افت‌وخیزهای مغناطیسی می‌خواهند به هنگامِ تشکیلِ دومین نسل از ستارگانِ کیهان، آن‌ها را از هم بپاشند. Stiavelli بر همین اساس راهِ دیگری برای گردآوریِ گواهِ رصدی از زمانی پیش از مرحله‌ی بازیونش پیش‌نهاد می‌کند: «یافتنِ ستاره‌ای کم‌جرم در نزدیکیِ ما که دارای میدانِ مغناطیسی و نیز ترکیباتِ شیمیاییِ آغازین باشد، می‌تواند گواهی بر این فرض باشد که سازوکاری همانندِ آن‌چه که در این کارِ پژوهشی توصیف شده، واقعاً وجود داشته است».

منبع : انجمن فیزیک ایران

http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/jan/10/physicist-homes-in-on-universes-earliest-magnetic-fields

image_pdfimage_print
(2 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=436

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *