Физики из Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга (ГАИШ МГУ) и Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) проанализировали излучение от 4000 радиоисточников и поняли, что магнитное поле в войдах — пустотах, разделяющих скопления галактик, не превышает 100 фемтотесла. Это в миллиард раз меньше, чем магнитное поле Земли.
Вселенная пронизана магнитными полями, и самые сильные из них создают магнетары, которые окружены полями величиной до 1011 Тл. Для сравнения: рекордное поле, полученное людьми, было около 100 Тл, а магнитное поле Земли и вовсе составляет всего 5·10-5 Тл, но даже это еще не рекорд скромности. Самыми слабыми магнитными полями в космосе обладают войды — гигантские беззвездные пустыни, лежащие между скоплениями галактик. «Измерения и расчеты показывают, что у войдов есть магнитные поля, но только очень маленькие, — рассказывает первый автор исследования, сотрудник ГАИШ МГУ и ИЯИ РАН Максим Пширков. — Они точно сильнее, чем 10-21 Тл, но не больше 3·10-13 Тл». Российские ученые в своем исследовании уточнили верхнюю границу этой оценки. Для этого астрофизики посмотрели на сигналы от 4000 радиоисточников, находящихся на разных расстояниях от Земли. Каждый из них излучает электромагнитные волны с определенной поляризацией, которая меняется при прохождении волны через магнитное поле. При этом интенсивность этого эффекта зависит не только от величины магнитного поля, но и от длины волны: чем она больше, тем больше у проходящей электромагнитной волны меняется поляризация. Поэтому, фиксируя поляризацию приходящих на Землю радиоволн разных частот и зная примерное положение источника, можно оценить, через какие магнитные поля они проходили за свое долгое путешествие в космосе. Основной вклад в изменение поляризации радиоволн дает магнитное поле нашей Галактики, через которое излучение неминуемо проходят по пути к Земле. Оно гораздо больше полей всех встреченных войдов, а вероятность прохождения излучения через другие галактики, по словам ученых, минимальна.
Компьютерная модель распределения источников света во Вселенной. Пространство между светящимися галактиками и скоплениями галактик заполнено большими темными пустотами — войдами. Изображение: UCL Mathematical and physical sciences/Flickr
Поэтому ученые специально оценивали величину магнитного поля Млечного Пути с помощью обработки и усреднения сигналов от нескольких десятков ближайших источников и дальше вычитали эффект, связанный с нашей родной Галактикой, из общего сигнала. «В результате даже в излучении источников, излучавших более 10 миллиардов лет назад, мы не увидели никакого эффекта, связанного с магнитным полем, — говорит Максим Пширков. — Никакой эволюции плоскости поляризации, и значит, радиоизлучение на своем пути не встречало полей значительной силы». По отсутствию сигнала ученые оценили максимальное значение магнитного поля в войдах: «Да, мы не увидели никакого эффекта, но все физические наблюдения неминуемо обладают какими-то ошибками, и поэтому можно оценить, сколько магнитного поля добавить в войд, чтобы на выходе в пределах погрешностей получился нулевой эффект».
Из этих расчетов получилось, что поле в межгалактических пустотах не превышает 10-13 Тл, что как минимум в миллиард раз слабее магнитного поля на Земле.
Одним словом, оно почти неуловимо и в довесок еще не до конца объяснимо. «В этом исследовании мы выступили в некотором смысле агностиками и просто ставили наблюдение без рассуждений о природе этого поля, — рассказывает Пширков. — По современным представлениям оно могло появиться только двумя способами: либо с помощью нетрадиционной физики родиться в самой ранней Вселенной, либо возникнуть чуть-чуть позже: примерно через 500—1000 миллионов лет в астрофизических объектах вроде галактик, откуда в межгалактическое пространство его вынес сверхмощный поток вещества — джеты активных ядер галактик или сверхсильные звездные ветры». Работа ученых, выполненная при поддержке Российского научного фонда, опубликована в журнале Physical Review Letters и попала в рубрику Editor’s Suggestion — «Выбор редакции». Ее результаты должны очень обрадовать людей, занимающихся астрофизикой космических лучей. Раньше считалось, что эти потоки высокоэнергетичных частиц отклоняются магнитными полями войдов, и потому перспективы определения источников лучей были очень туманными. Новые результаты показывают, что этот неприятный эффект можно не учитывать — магнитные поля войдов очень малы.