Експеримент у ЦЕРНі рішуче підтверджує існування міжгалактичного магнітного поля як розгадки зникнення гамма-променів

Міжнародна група науковців досягла значного прориву в галузі експериментальної астрофізики, успішно відтворивши в лабораторних умовах екстремальні обставини, характерні для енергетичних космічних струменів. Використовуючи прискорювач Super Proton Synchrotron (SPS) у Європейській організації з ядерних досліджень (CERN) у Женеві, дослідники створили плазмові «вогняні кулі». Метою цього дослідження було розгадати давню космічну загадку: чому високоенергетичні гамма-промені, що долають міжгалактичний простір, зникають безслідно. Це ключове дослідження, деталі якого були опубліковані 3 листопада 2025 року у виданні Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ефективно поєднує теоретичну космологію з відчутними наземними експериментами.

У центрі уваги вчених перебували блазари — галактики, які містять надмасивні чорні діри, що викидають потужні пучки випромінювання та частинок, спрямовані до Землі зі швидкістю, близькою до світлової. Ці струмені є джерелом інтенсивних гамма-променів з енергією в тераелектронвольтах (ТеВ). Очікується, що під час руху крізь космічний простір ці промені взаємодіють із фоновим світлом, що призводить до утворення пар електрон-позитрон. Згодом ці пари повинні генерувати вторинне випромінювання гамма-променів нижчої енергії, розсіюючись на космічному мікрохвильовому фоні. Однак космічні прилади, зокрема супутник Fermi, постійно фіксують відсутність цього передбачуваного вторинного випромінювання, що створює серйозну головоломку для астрофізиків.

Досі існували дві основні гіпотези, що намагалися пояснити цей дефіцит. Перша припускала, що слабкі магнітні поля пронизують міжгалактичне середовище, ледь помітно відхиляючи пари частинок. Друга стверджувала, що самі пучки стають нестабільними, проходячи через розріджену космічну матерію, генеруючи самопідсилювальні магнітні поля, які розсіюють енергію. Щоб перевірити ці припущення безпосередньо, дослідницька група, до складу якої увійшли фахівці з Університету Оксфорда та Центральної лазерної установки STFC (CLF), задіяла установку HiRadMat у ЦЕРНі. Вони змоделювали поширення каскаду, спричиненого блазарами, через міжгалактичну плазму, генеруючи пари електрон-позитрон за допомогою SPS і направляючи їх через метрову навколишню плазму.

Вимірювання, отримані в ході експерименту, дали недвозначний результат: пучок пар залишався надзвичайно вузьким і майже паралельним. Це свідчило про мінімальні ознаки самогенерованих магнітних полів або руйнівної нестабільності. Таке спостереження переконливо доводить, що нестабільність пучка-плазми не є основною причиною відсутності гамма-променів у діапазоні ГеВ. Таким чином, експеримент надав суттєву емпіричну підтримку альтернативній гіпотезі, що включає зовнішні магнітні поля. Професор Джанлука Грегорі з Університету Оксфорда, провідний дослідник, зазначив, що ці лабораторні зусилля ефективно пов’язують абстрактну теорію з конкретними спостереженнями, поглиблюючи наше розуміння віддалених астрофізичних явищ.

Ключовим наслідком цього відкриття є рішуче підтвердження існування повсюдного міжгалактичного магнітного поля, яке, можливо, є давнім реліктом ранніх етапів існування Всесвіту. Цей результат зміщує науковий фокус із простого пояснення зниклих гамма-променів на розуміння самого походження цього космічного магнетизму. Стабільність, зафіксована в лабораторному експерименті, яка передбачає наявність зовнішнього магнітного каркаса, тепер змушує вчених шукати першоджерело цього поля. Ця космічна структура розглядається як важлива підказка щодо початкових умов формування Всесвіту.