Khám Phá Nguồn Gốc Của Từ Trường Vũ Trụ

Tại sao từ trường lại tồn tại khắp nơi trong vũ trụ?

Đây là câu hỏi mà giới thiên văn học không ngừng tìm kiếm lời giải. Chúng ta biết rằng từ trường hiện diện ở mọi nơi trong vũ trụ, nhưng việc hiểu rõ cơ chế hình thành chúng lại là một thách thức lớn trong lĩnh vực vật lý thiên văn.

Gần đây, một nhóm nghiên cứu đã đưa ra một giả thuyết thú vị về nguồn gốc của các từ trường. Theo đó, họ cho rằng chúng xuất phát từ một “cục pin bụi” khổng lồ hình thành khi những ngôi sao đầu tiên xuất hiện.

Hình vẽ từ trường của một hạt muon (Ảnh: Newton Henry Black/ Wikimedia commons).

Từ trường có mặt ở khắp không gian. Từ trường của Trái đất giúp bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ vũ trụ nguy hiểm, điều chỉnh kim la bàn và dẫn lối cho các loài chim trong việc di cư.

Các hành tinh và ngôi sao khác cũng không nằm ngoài quy luật này. Đặc biệt, từ trường của Mặt trời và sao Mộc mạnh hơn khá nhiều so với Trái đất. Mặc dù từ trường của Dải Ngân Hà yếu hơn khoảng một triệu lần so với Trái đất, nhưng nó lại trải dài hàng chục nghìn năm ánh sáng, bao trùm cả thiên hà.

Các nhà thiên văn học còn phát hiện ra rằng có những từ trường lớn hơn, chúng đủ lớn để bao phủ cả các cụm thiên hà rộng lớn hàng triệu năm ánh sáng.

Vậy nguồn gốc của những từ trường khổng lồ này từ đâu? Dù yếu nhưng chúng có quy mô rất lớn, hẳn chúng phải được hình thành từ những nguồn năng lượng cực kỳ mạnh mẽ.

Trên thực tế, trong nhiều thập kỷ qua, các nhà thiên văn đã đề xuất một số cơ chế, với phần lớn dựa vào quá trình động lực học để khuếch đại các trường “hạt giống” yếu thành các giá trị hiện có.

Có một câu hỏi phát sinh từ đó: những trường hạt giống yếu đó từ đâu mà có?

Giả thuyết mới nhất cho rằng, trong giai đoạn đầu của vũ trụ, chỉ vài trăm triệu năm sau Big Bang, khi những ngôi sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu xuất hiện, những ngôi sao đầu tiên sau khi tắt đã để lại một lượng nguyên tố nặng trong không gian.

Các nguyên tố này kết lại thành những hạt bụi trong không gian giữa các vì sao, những hạt này thường mang điện tích do sự bắn phá bức xạ và va chạm với nhau. Khi thế hệ ngôi sao thứ hai xuất hiện với sức mạnh mãnh liệt, bức xạ của chúng có thể đẩy các hạt bụi ra xa.

Những hạt bụi này, mặc dù điện tích yếu nhưng nếu chúng di chuyển đều sẽ tạo ra một dòng điện lớn, tương tự như một sợi dây đồng dài khoảng 1.000 năm ánh sáng.

Quá trình lọc bức xạ qua không gian giữa các vì sao không đồng nhất, dẫn đến sự tích tụ các hạt bụi ở một số khu vực và phân tán ở những nơi khác. Kết quả là sự khác biệt về dòng điện sẽ tạo ra từ trường một cách tự nhiên theo các định luật điện từ.

Theo nghiên cứu mới, mặc dù từ trường này rất yếu, chỉ khoảng 1 phần tỷ so với cường độ từ trường Trái đất, nhưng vẫn đủ lớn để cho các quá trình vật lý thiên văn khác có thể dựa vào và hình thành các từ trường như chúng ta quan sát hôm nay.

Mặc dù vậy, đây cũng chỉ là một giả thuyết. Kết quả từ nghiên cứu này có thể được mô phỏng để so sánh với từ trường mà chúng ta quan sát trong vũ trụ hiện nay.

Khi tìm hiểu về nguồn gốc của từ trường trong vũ trụ, chúng ta không thể quay ngược thời gian nhưng có thể sử dụng các ý tưởng và giả thuyết như trên để dần dần vẽ lại bức tranh về quá khứ, trong hành trình khám phá vũ trụ mênh mông mà hành tinh của chúng ta đang tồn tại.