Прорив у ЦЕРН: Лабораторне моделювання плазми блазарів підтверджує існування реліктового магнітного поля Всесвіту

Міжнародна наукова спільнота, очолювана фахівцями з Оксфордського університету, оголосила про значний успіх у сфері лабораторної астрофізики. Вперше в історії дослідникам вдалося створити та контролювати плазмові «вогняні кулі» в умовах, наближених до космічних. Цей експеримент, проведений на прискорювачі Super Proton Synchrotron (SPS) у Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН), мав на меті дослідити стабільність потоків елементарних частинок, що випромінюються блазарами. Головне завдання полягало у з’ясуванні причини дефіциту гамма-променів та підтвердженні гіпотези про приховані космічні магнітні поля. Результати цієї новаторської роботи, яка відкриває нову сторінку в розумінні міжгалактичного простору, були оприлюднені 3 листопада 2025 року у поважному науковому виданні PNAS.

Суть новаторського дослідження полягала у емпіричній перевірці теорій про природу міжгалактичних полів шляхом моделювання каскадів пар, які ініціюються блазарами. До складу дослідницької групи увійшли такі видатні вчені, як професор Джанлука Грегорі, професор Боб Бінгем з STFC Central Laser Facility та професор Субір Саркар. Вони використали спеціалізовану установку HiRadMat для генерації пар електрон-позитрон. Ці штучно створені пари потім пропускалися через ділянку довжиною в один метр, заповнену навколишньою плазмою. Таке середовище імітувало шлях, який долає випромінювання блазара, рухаючись крізь міжгалактичний простір, дозволяючи вченим спостерігати за поведінкою частинок у контрольованих умовах.

Ключова наукова дилема, яку намагалися вирішити вчені, стосувалася загадкового зникнення гамма-променів з енергією в гігаелектронвольтах (ГeВ). За теоретичними розрахунками, ці ГeВ-промені мали б утворюватися внаслідок каскадів, ініційованих високоенергетичними тераелектронвольтними (ТеВ) променями, що випускаються блазарами. Існувало дві основні гіпотези, що пояснювали цей дефіцит. Перша припускала, що промені відхиляються слабкими міжгалактичними магнітними полями. Друга ж стверджувала, що причиною є самовільна нестабільність у пучках пар, яка генерує власні магнітні поля, що розсіюють випромінювання. Однак, аналіз профілю пучка та магнітних сигнатур, отриманий у ЦЕРН, продемонстрував несподіваний результат: пучок пар залишався надзвичайно вузьким і майже паралельним. Це свідчило про мінімальну самовзаємодію та вкрай слабку генерацію власних магнітних полів, що суперечило гіпотезі нестабільності.

Екстраполяція цих лабораторних даних на космічні масштаби дає переконливі підстави вважати, що нестабільності пучка-плазми, які могли б виникати в міжзоряному середовищі, є надто незначними, аби пояснити спостережуваний дефіцит ГeВ-гамма-променів. Таким чином, цей експеримент рішуче відкидає одну з конкуруючих гіпотез. Отже, отримані результати значно посилюють позицію теорії про те, що міжгалактичний простір вже насичений магнітним полем, яке, ймовірно, є реліктовим, тобто успадкованим ще з найперших епох існування Всесвіту. Це означає, що слабке, але всюдисуще магнітне поле є фундаментальною характеристикою космічного простору. Ця методологічна перемога, що дозволила перенести екстремальні космічні процеси у земну лабораторію, відкриває шлях до емпіричної перевірки раніше суто умоглядних моделей. Водночас, виключивши одну версію походження дефіциту випромінювання, вчені поглибили іншу, фундаментальну загадку: яким саме чином це первинне магнітне поле було «засіяне» у ранньому Всесвіті? Дослідники припускають, що пошук відповіді на це питання може вимагати перегляду фізичних законів, які лежать за межами сучасної Стандартної моделі, відкриваючи нові горизонти у розумінні космосу.