ریسمان‌های عجیبی که جهان را مغناطیسی کرده‌اند

ریسمان‌های کیهانی(Cosmic Strings)، چین و چروک‌های عجیب و غریب در فضا-زمان هستند.

پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند همان طور که ریسمان‌های کیهانی به جا مانده از نخستین لحظات "انفجار بزرگ" یا "بیگ بنگ" (Big Bang) حرکت می‌کنند، ممکن است باعث شکل‌گیری میدان‌های مغناطیسی به دنبال خود شوند.

دانشمندان در مقاله جدیدی مطرح کرده‌اند که این میدان‌های مغناطیسی احتمالا جهان را در خود فروبرده‌اند و در نتیجه، "مغناطش" (Magnetization) کهکشان‌ها و خوشه‌ها را توضیح می‌دهند.

تقریبا هر جرم قابل توجهی در کیهان، میزبان میدان مغناطیسی است. اجرام کوچک‌تر مانند سیارات و ستارگان، میدان‌های مغناطیسی خود را در داخل خود تولید می‌کنند که جریان‌های چرخشی پلاسمای باردار الکتریکی در آن جا، میدان‌های مغناطیسی ضعیف را مجبور می‌کنند که دچار تاشدگی شوند.

ستاره‌شناسان در مقیاس‌های بزرگ‌تر، میدان‌های مغناطیسی را در داخل سحابی‌ها، بقایای ابرنواختر‌ها و قرص‌های پیش‌سیاره‌ای مشاهده کرده‌اند. در این موارد، جریان‌های پیچیده ذرات باردار می‌توانند میدان‌های ضعیفی را ایجاد کنند.

برخی از بزرگترین اجرام جهان مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی، میدان مغناطیسی را نیز حفظ می‌کنند. آن‌ها معمولا بسیار ضعیف و حدود یک میلیونیوم میدان مغناطیسی زمین هستند، اما بسیار زیاد هستند و در برخی موارد تا میلیون‌ها سال نوری امتداد دارند.

ستاره‌شناسان دقیقا مطمئن نیستند که کهکشان‌ها و خوشه‌ها چگونه میدان مغناطیسی خود را به دست می‌آورند.

برای ایجاد میدان مغناطیسی، به ذرات باردار نیاز دارید که با هم حرکت کنند، اما در مراحل اولیه گسترش کیهان، پیش از ظهور نخستین ستاره‌ها و کهکشان‌ها، کیهان از نظر الکتریکی خنثی بود. یک گاز خنثی به تنهایی نمی‌تواند میدان مغناطیسی تولید کند؛ بنابراین جهان مجبور شد یک میدان مغناطیسی را ایجاد کند.

هنگامی که جهان آن میدان مغناطیسی اولیه را به دست آورد و تکامل جهان، گاز خنثی را به یک پلاسمای باردار الکتریکی تبدیل کرد، توانست آن را تقویت کند، اما منبع نخستین میدان مغناطیسی برای چندین دهه، یک معمای ماندگار در نجوم بوده است.

ریسمان‌های کیهانی درهم‌پیچیده

پژوهشگران در این مقاله جدید که در سرور پیش‌چاپ "arXiv" به چاپ رسیده است، آنچه را که شاید عجیب‌ترین توضیح برای منبع میدان مغناطیسی اولیه کیهان باشد، پیشنهاد کرده‌اند. این توضیح عجیب، ریسمان‌های کیهانی هستند.

ریسمان‌های کیهانی، اجرام نظری هستند که بسیاری از ستاره‌شناسان معتقدند در اوایل جهان شکل گرفته‌اند. زمانی که کیهان ما کمتر از یک ثانیه عمر داشت، چندین مرحله از تبدیل فاز خشونت‌آمیز را پشت سر گذاشت. در زمان‌های اولیه، هر چهار نیروی طبیعت در یک نیروی واحد متحد شده بودند. این تبدیل فاز، نیروی یکپارچه را گرفت و آن را به نیرو‌های گرانش، نیروی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف و الکترومغناطیس تقسیم کرد.

با بروز هر شکاف در نیروها، خلاء اساسی فضا-زمان خود را دوباره پیکربندی می‌کرد، اما ممکن است این فرآیند کاملا هموار یا کامل نبوده باشد و ممکن است نقص‌هایی در فضا-زمان ظاهر شده باشد. برخی از این نقص‌ها به صورت چین‌های یک‌بعدی در فضا ظاهر می‌شدند که مانند چین و چروک در یک تکه کاغذ بودند. این چین و چروک‌ها، ریسمان‌های کیهانی هستند.

ستاره‌شناسان از زمانی که ریسمان‌های کیهانی در دهه ۱۹۷۰ نظریه‌پردازی شدند، به دنبال آن بوده‌اند. همه جست وجو‌ها تاکنون بی‌نتیجه بوده‌اند. با وجود این، به نظر می‌رسد که ریسمان‌های کیهانی، یک پیش‌بینی عمومی از همه نظریه‌های ما در مورد جهان اولیه هستند.

اگر ریسمان‌های کیهانی وجود داشته باشند، واقعا بسیار عجیب خواهند بود. به عنوان مثال، به دلیل روش منحصربه‌فردی که در تاشدگی فضا-زمان تاثیر می‌گذارد، اگر بخواهید به صورت دایره‌ای به دور یک نقطه سفر کنید، وقتی سفر خود را کامل کردید و به نقطه آغاز خود بازگشتید، متوجه می‌شوید که کمتر از ۳۶۰ درجه سفر کرده‌اید. ریسمان‌های کیهانی نیز می‌توانند ارتعاش داشته باشند و با امواجی همراه شوند که با سرعت نور در طول خود به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند و گهگاه حلقه‌هایی را تشکیل می‌دهند که خود را تا حد مرگ در یک جنون تشعشع مرتعش می‌کنند.

ایجاد مغناطش

نویسندگان این مقاله، از خواص منحصربه‌فرد ریسمان‌های کیهانی برای تبدیل کردن آن‌ها به مولد میدان‌های مغناطیسی استفاده کردند. ایده این است که همان گونه که ریسمان‌های کیهانی حرکت می‌کنند، امواجی را در بافت فضا-زمان از خود به جای می‌گذارند؛ مانند موج‌هایی که در پی یک قایق پرسرعت ایجاد می‌شوند.

اگر یک ریسمان کیهانی از پلاسما عبور کرده باشد، آن امواج در فضا-زمان توانسته‌اند دما و چگالی حفره‌های کوچک پلاسما را تغییر دهند. این تفاوت‌ها، بار‌های الکتریکی را به حرکت درآورده‌اند و توانسته‌اند به آغاز یک میدان مغناطیسی کمک کنند. آن میدان‌های مغناطیسی خیلی قوی نبوده‌اند، اما کافی بوده‌اند.

هنگامی که ریسمان‌های کیهانی منطقه را ترک کردند، پلاسمای باقیمانده احتمالا فشرده و سرد شده و ستاره‌ها، کهکشان‌ها و خوشه‌ها را تشکیل داده است. همان طور که پلاسما فشرده شد، توانست آن میدان اولیه را به نقاط قوتی تبدیل کند که امروز ستاره‌شناسان آن‌ها را می‌بینند.

اگرچه این فرضیه جالب است، اما یک مشکل اساسی دارد. مشکل این است که ما هنوز نمی‌دانیم ریسمان‌های کیهانی وجود دارند یا خیر. نویسندگان مقاله به این نکته پرداختند و به نشانه بالقوه رصد رشته‌های کیهانی اشاره کردند. همان موج‌هایی که میدان‌های مغناطیسی در پلاسما ایجاد می‌کنند، مدت‌ها پس از خروج ریسمان کیهانی ادامه می‌یابند. در نهایت، موج‌ها به شکل امواج گرانشی روی زمین می‌نشینند.

اگر ریسمان‌های کیهانی کافی در جهان اولیه وجود داشت، ممکن بود بقایای آن‌ها را با نسل بعدی آشکارساز‌های امواج گرانشی مشاهده کنیم. زمانی که بدانیم ریسمان‌های کیهانی واقعا در نقطه‌ای وجود داشته‌اند، ممکن است در نهایت بفهمیم که چه چیزی باعث مغناطیسی شدن جهان شده است.