Eksperyment CERN zdecydowanie potwierdza istnienie wszechobecnego międzygalaktycznego pola magnetycznego jako rozwiązanie zagadki brakujących promieni gamma

Międzynarodowy zespół naukowców osiągnął znaczący przełom w astrofizyce eksperymentalnej, pomyślnie odtwarzając w warunkach laboratoryjnych ekstremalne środowisko energetycznych dżetów kosmicznych. Wykorzystując akcelerator Super Proton Synchrotron (SPS) w ośrodku CERN w Genewie, badacze stworzyli plazmowe „kule ognia”, aby zbadać od dawna nurtującą zagadkę kosmiczną: niewytłumaczalne zniknięcie wysokoenergetycznych promieni gamma, które przemierzają przestrzeń międzygalaktyczną. To kluczowe badanie, którego szczegóły opublikowano 3 listopada 2025 roku w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), stanowi pomost łączący teoretyczną kosmologię z namacalnymi, ziemskimi eksperymentami.

Ich dochodzenie koncentrowało się na blazarach – galaktykach, w których supermasywne czarne dziury emitują potężne strumienie promieniowania i cząstek, skierowane w stronę Ziemi z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła. Dżety te generują intensywne promienie gamma o energii teraelektronowoltów (TeV). Oczekuje się, że podczas podróży przez kosmos promienie te wchodzą w interakcje ze światłem tła, prowadząc do powstania par elektron–pozyton. Pary te powinny następnie wywołać wtórną emisję promieni gamma o niższej energii, rozpraszając się na kosmicznym tle mikrofalowym. Jednakże instrumenty kosmiczne, w tym satelita Fermi, konsekwentnie nie wykrywają tej przewidywanej wtórnej emisji, co stanowi poważną łamigłówkę dla astrofizyków.

Do tej pory próbowano wyjaśnić ten deficyt za pomocą dwóch głównych hipotez. Pierwsza zakłada, że słabe pola magnetyczne przenikają ośrodek międzygalaktyczny, delikatnie odchylając pary cząstek. Druga sugeruje, że same strumienie stają się niestabilne podczas przechodzenia przez rzadką materię kosmiczną, generując samowzmacniające się pola magnetyczne, które rozpraszają energię. Zespół badawczy, będący efektem współpracy University of Oxford i Central Laser Facility (CLF) STFC, wykorzystał obiekt HiRadMat w CERN, aby bezpośrednio zweryfikować te przypuszczenia. Symulowali oni propagację kaskady napędzanej blazarem przez plazmę międzygalaktyczną, generując pary elektron–pozyton za pomocą SPS i kierując je przez metrowej długości plazmę otoczenia.

Pomiary eksperymentalne dostarczyły jednoznacznego rezultatu: wiązka par pozostała niezwykle wąska i niemal równoległa, wykazując minimalne dowody na niestabilność lub samogenerujące się pola magnetyczne. Ta obserwacja mocno sugeruje, że niestabilności wiązka-plazma nie są główną przyczyną braku promieni gamma o energii GeV. W ten sposób badanie to dostarczyło istotnego empirycznego wsparcia dla alternatywnej hipotezy, zakładającej udział zewnętrznych pól magnetycznych. Profesor Gianluca Gregori z University of Oxford, główny badacz, podkreślił, że te wysiłki laboratoryjne skutecznie łączą abstrakcyjną teorię z konkretnymi obserwacjami, pogłębiając naszą wiedzę o odległych zjawiskach astrofizycznych.

Centralną implikacją tego odkrycia jest silne potwierdzenie istnienia wszechobecnego międzygalaktycznego pola magnetycznego, które może być starożytną pozostałością z najwcześniejszych momentów istnienia wszechświata. Wynik ten przesuwa naukowy punkt ciężkości z samego wyjaśniania brakujących promieni gamma na zrozumienie samego pochodzenia tego kosmicznego magnetyzmu. Stabilność zaobserwowana w eksperymencie laboratoryjnym, która sugeruje istnienie zewnętrznego „rusztowania” magnetycznego, zmusza teraz naukowców do poszukiwania pierwotnego źródła tego pola, postrzegając tę kosmiczną strukturę jako głęboką wskazówkę dotyczącą początkowych warunków wszechświata.