Po velkém třesku
Kde se vzala první magnetická pole ve vesmíru?

Kosmologové se už dlouho snaží vymyslet, jak se vesmír na začátku své existence zmagnetizoval. Jedna z možností je i proces, který objevil v padesátých letech minulého století Němec Ludwig Biermann.

Žijeme obklopeni magnetizmem. Na magnetická pole se dá ve vesmíru narazit ve všemožných měřítcích − od jednotlivých planet a hvězd až po celé galaxie a skupiny galaxií. Z fyzikálních zákonů, jak je známe, ale plyne, že se nemohla ve vesmíru objevit během velkého třesku. Hlavní důvod jsou Maxwellovy rovnice, které popisují vzájemný vztah elektrických a magnetických polí. První magnetická pole se musela vynořit až později. Stačí, aby byla jen slabá. Rotující a elektricky nabité hvězdy už je dokážou zesílit.

Kde se však první magnetická pole vzala? Dvojice fyziků, Smadar Naozová a Ramesh Narayan, oba v současnosti pracující ve slavném bostonském astrofyzikálním ústavu Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, důkladně prozkoumala jednu z možností. V časopise Physical Review Letters píšou, že by zdrojem prvních magnetických polí mohla být takzvaná Biermannova baterie. Nejsou první, koho to napadlo. Ve svých výpočtech se ale zatím dostali nejdál do minulosti univerza.

První vlaštovky

Biermannova baterie funguje následovně. Představte si plazma, tedy směs protonů a elektronů, které je na jedné straně žhavější než na druhé a nahoře hustší než dole. Oba dva typy částic budou mít tendenci se přemísťovat proti směru rozdílu v hustotě a teplotě. Elektrony jsou ale zhruba dvoutisíckrát lehčí než protony. Budou se proto stěhovat rychleji. Vznikne pohyblivý elektrický náboj, který vyvolá podle Faradayova zákona vznik magnetického pole.

Mohlo se to stát i v mladém vesmíru po velkém třesku, jakmile se stačily zformovat první atomy. Biermannova baterie dokáže vytvořit magnetická pole jak kolem menších objektů, jako jsou třeba akreční disky − víry plazmatu obíhajícího kolem hmotných těles − tak větších. Třeba celých galaxií.

Vzniklá magnetická pole by byla velmi slabá, okolo 10^-24 až 10^-25 gaussů (10^-24 znamená třiadvacet nul za desetinou čárkou a pak teprve jedničku). Pro srovnání: lidský mozek vytváří magnetické pole silné asi 10^-14 gaussů, tedy ještě desetmiliardkrát silnější. Přesto nevidíte, že by lidské hlavy přitahovaly kovové předměty.

Náhodné kolísání

Malá síla počátečních magnetických polí nevadí, fyzikové už ví, jak by mohla časem zesílit. Biermannova baterie ale ani zdaleka není jediná možnost, jak mohlo k magnetizaci raného vesmíru dojít. Alternativní názor prosazuje německý fyzik Reinhard Schlickeiser. Hustota a tlak hmoty na počátku vesmíru podle něj trochu kolísaly, což umožnilo vznik slabých magnetických polí. Ta se pak posílila stejným způsobem, jaký předpokládají zastánci názoru, že se magnetická pole ve vesmíru objevila prostřednictvím Biermannovy baterie.

Permanentní magnety, jako jsou ty, jimiž si připínáte nákupní seznam na dveře ledničky, vznikly až po delší době. Dají se vyrobit jen z těžších prvků, jako je železo. Ty vznikají v jádrech hvězd, které už spotřebovaly všechno palivo v podobě lehčích prvků a vybuchly coby supernovy.