天文學家認為在宇宙的中充滿著磁場，哪怕在宇宙的虛空中，也一樣存在磁場。當宇宙學家想出一種尋找宇宙深空磁場的新方法時，他們運用該種方法，果然在那裡發現了磁場。
我們知道磁場圍繞地球、太陽和所有星系。二十年前，天文學家開始探測整個星系團的磁場，包括一個星系與另一個星系之間的空間。看不見的磁場線像我們的指紋的凹槽一樣在星系之間的空間中跳躍。
去年，天文學家終於設法檢查了一個較稀疏的空間區域，即星系團之間的廣闊區域。他們在那裡發現了迄今為止最大的磁場：1000萬光年的磁化空間，跨越了宇宙網「長絲」的整個長度。已經通過相同的技術在宇宙中的其他地方發現了第二條磁化絲狀天體。義大利卡利亞裡國家天體物理研究所的費德裡卡·戈沃尼（Federica Govoni）說：「我們可能只是看到了冰山一角。」
問題是：這些巨大的磁場從何而來？
博洛尼亞大學的天體物理學家弗朗哥·瓦扎（Franco Vazza）說：「顯然，它與單個星系的活動，單個爆炸的活動，或者超新星產生的風都沒有關係。」博洛尼亞大學的天體物理學家弗朗哥·瓦扎（Franco Vazza）說，「這遠遠超出了。」弗朗哥·瓦扎進行了最先進的宇宙磁場計算機模擬。
一種可能性是宇宙的磁力是原始的，一直追溯到宇宙的誕生。在那種情況下，弱磁應該存在於任何地方，即使在宇宙網的「空隙」中——宇宙中最黑暗，最空的區域。無所不在的磁場將為在星系和星團中成長的更強磁場播下種子。
原始磁性可能還有助於解決另一個被稱為哈勃張力的宇宙學難題，這可能是宇宙學中最熱門的話題。
哈勃張力的核心問題是，根據其已知的成分，宇宙的膨脹似乎比預期的要快得多。在四月份在線發表並接受《物理評論快報》審查的一篇論文中，宇宙學家卡爾斯滕·傑丹茲克（Karsten Jedamzik）和萊文·波高斯安（Levon Pogosian）認為，早期宇宙中的弱磁場將導致當今宇宙膨脹速度更快。
原始磁性緩解了哈勃張力問題，以至於傑丹茲克和波高斯安的論文引起了人們的快速關注。約翰·霍普金斯大學的理論宇宙學家馬克·卡米恩科夫斯基說：「這是一篇出色的論文和想法。」他提出了解決哈勃張力的其他解決方案。
卡米恩科夫斯基（Kamionkowski）等人說，需要做更多的檢查，以確保早期的磁力不會影響其他宇宙學計算。即使這個想法在紙上奏效，研究人員也需要找到原始磁力的確鑿證據，以確保它是塑造宇宙的不可缺的物質。
儘管如此，在多年來一直在討論哈勃張力的過程中，以前沒有人考慮過磁力，這也許很奇怪。加拿大西蒙·弗雷澤大學（Simon Fraser University）教授波高斯安（Pogosian）表示，大多數宇宙學家幾乎沒有想到磁性。他說：「每個人都知道這是其中的一大難題。」但是幾十年來，一直沒有辦法證明磁場是否真的無所不在，也無法證明它是宇宙的原始組成部分，因此宇宙學家在很大程度上不再關注。
同時，天體物理學家一直在收集數據。大量證據使大多數人懷疑磁場確實存在。
宇宙的磁魂
1600年，英國科學家威廉·吉爾伯特（William Gilbert）對磁石的研究——人們已經將其磁化成指南針的天然磁化巖石——使他認為它們的磁力「模仿了一個靈魂」。 他正確地推測地球本身就是一塊「巨大的磁鐵」，而菱形巖「朝著地球的兩極看」。
每當電荷流動時都會產生磁場。 例如，地球的磁場源於其內部的「發電機」，即鐵水在其核心中攪動的電流。冰箱磁鐵和鐵礦石的磁場來自圍繞其構成原子旋轉的電子。
但是，一旦運動中的帶電粒子產生了「種子」磁場，則可以通過將較弱的磁場與其對齊來變得更大和更強。磁性「有點像活的生物，」德國加興的馬克斯·普朗克天體物理研究所的理論天體物理學家託斯滕·恩斯林說，「因為磁場會吸收到它們可以保持並生長的每個自由能源中。它們的存在會擴展並影響其他地區，並在這些地區發展。」
日內瓦大學理論宇宙學家露絲·杜勒（Ruth Durrer）解釋說，除了引力以外，磁力是唯一可以塑造宇宙大規模結構的力，因為只有磁力和引力才能在很長的距離上「伸向你」。相比之下，電力是局部的並且是短暫的，因為任何區域中的正電荷和負電荷將整體中和。但是你不能抵消磁場；它們傾向於累加生存。
萊頓大學的天文學家裡納特·范·韋倫（Reinout van Weeren）和28位合著者在去年的論文中推斷出，銀河星系團Abell 399和Abell 401之間的絲狀物中存在磁場，其方式是通過磁場重定向高速電子和其他通過它的帶電粒子。當它們的路徑在磁場中扭曲時，這些帶電粒子釋放出微弱的「同步輻射」。
同步加速器信號在低無線電頻率下最強，因此，可以由在歐洲分布的20，000個低頻無線電天線陣列LOFAR進行探測。
該小組實際上是在2014年進行了一個八小時的探測，從星系間的絲狀天體中收集了數據，但是由於射電天文學界花費了數年的時間來研究如何改善LOFAR測量的校準，數據一直處於等待狀態。地球的大氣層會折射穿過它的無線電波，因此LOFAR就像從遊泳池底部一樣觀察宇宙。
研究人員通過跟蹤天空中的「信標」（具有精確已知位置的無線電發射器）的擺動並進行校正以消除所有數據的模糊，從而解決了該問題。當他們將去模糊算法應用於絲狀天體的數據時，他們立即看到了同步加速器發射的光輝。
絲狀天體看起來整個都被磁化了，而不僅僅是從兩端向彼此移動的銀河星團附近。研究人員希望他們現在正在分析的50小時數據集可以揭示更多細節。最近的其他觀察還發現了遍及第二根絲狀物的磁場。研究人員計劃儘快發表這項研究結果。
至少在這兩根絲狀物中存在巨大的磁場，這提供了重要的新信息。範·韋倫說：「它激發了相當多的活動，因為現在我們知道磁場相對較強。」
穿過虛空的光
如果這些磁場出現在嬰兒宇宙中，那麼問題就變成了：如何？ 「人們長期以來一直在思考這個問題，」亞利桑那州立大學的坦邁·瓦查帕蒂（Tanmay Vachaspati）說。
1991年，瓦查帕蒂提出，在電磁弱相變期間（即大爆炸之後的一瞬間）可能會產生磁場，當時電磁力和弱核力變得明顯。其他人則認為，質子形成後，磁性會在幾秒鐘後發生。或不久之後：已故的天體物理學家泰德·哈裡森（Ted Harrison）在1973年的原始磁致化理論中指出，質子和電子的湍流等離子體可能使第一個磁場旋轉。
還有一些人提出，在宇宙膨脹期間，所有這一切之前，就已經使空間磁化了。據稱，爆炸性的空間膨脹是宇宙大爆炸本身的開始。直到十億年後結構的增長，這種情況才有可能發生。
檢驗磁化理論的方法是研究銀河系空間中最原始的斑塊中的磁場模式，例如絲狀天體的安靜部分和更空的虛空。某些細節（例如磁力線是平滑的，螺旋的還是「沿任何方向彎曲的，例如像毛線球之類的東西」，以及圖案如何在不同位置和不同比例上變化）承載著豐富的信息，這些信息可以與理論和模擬進行比較。例如，如果像瓦查帕蒂所建議的那樣，如果在電弱相變期間產生了磁場，那麼產生的磁力線應該是螺旋形的，「就像開瓶器一樣」，他說。
困難在於，虛空中力場很難檢測到。
一種方法，由英國科學家麥可·法拉第（Michael Faraday）於1845年率先提出，從旋轉光的極化方向的方式檢測磁場。"法拉第旋轉"的量取決於磁場的強度和光的頻率。因此，通過測量不同頻率的極化，您可以推斷出沿視線的磁性強度。恩斯林說：「如果您在不同的地方進行操作，則可以製作3D圖。」
研究人員已經開始使用LOFAR進行法拉第旋轉的粗略測量，但是望遠鏡很難拾取微弱的信號。美國國家天體物理研究所的天文學家戈沃尼和同事瓦倫蒂娜·瓦卡（Valentina Vacca）於幾年前設計了一種算法，該算法通過將許多虛空區域的測量結果疊加在一起，從統計角度上分析法拉第微妙的旋轉信號。瓦卡說：「原則上，這可以用於宇宙虛空。」
但是，當下一代射電望遠鏡（一個叫做方公裡陣列）的巨型國際項目於2027年啟動時，法拉第技術將真正騰飛。「 SKA應該會產生出奇妙的法拉第網格，」恩斯林說。
到目前為止，虛空中唯一的磁性證據，是觀察者觀察到位於虛空後面的稱為耀變體時看不到的東西。
耀變體是由超大質量黑洞驅動的伽瑪射線和其他高能光束以及物質的明亮光束。隨著伽馬射線在太空中傳播，它們有時會與古老的微波發生碰撞，從而變形成電子和正電子。這些粒子然後衰變，並變成能量較低的伽馬射線。
但是，2010年日內瓦天文臺的安德裡·尼羅諾夫（Andrii Neronov）和伊夫根·沃夫克（Ievgen Vovk）認為，如果耀變體的光通過磁化的虛空，似乎將缺少低能伽馬射線。磁場會使電子和正電子偏轉到視線。當它們衰減成能量較低的伽瑪射線時，這些伽瑪射線將不會指向我們。
的確，當尼羅諾夫和沃夫克分析來自適當位置的耀變體的數據時，他們看到了其高能伽馬射線，但看不到低能伽馬射線信號。瓦查帕蒂說：「沒有信號就是信號。」
無信號幾乎不是吸菸槍，並且已經提出了對丟失的伽馬射線的替代解釋。然而，後續觀察越來越多地指出尼羅諾夫和沃夫克的假設，即虛空被磁化。"這是大多數人的觀點，"杜勒說。最令人信服的是，在2015年，一個團隊在虛空後面疊加了許多對耀變體的測量，並設法找出了在虛空處周圍微弱的低能量伽馬射線光環。如果粒子被微弱的磁場分散，效果恰好是預期的——磁場強度只有冰箱磁鐵的萬分之一。
宇宙學最大的謎團
令人驚訝的是，原始磁場的確切數量可能正是解決哈勃張力（宇宙奇異快速膨脹問題）所需要的。
這就是波高斯安在看到法國蒙彼利埃大學的卡爾斯滕·傑丹茲克和他的合作者最近進行的計算機模擬時所意識到的。研究人員將弱磁場添加到模擬的充滿等離子體的年輕宇宙中，發現等離子體中的質子和電子沿著磁場線飛行，並聚集在最弱的磁場強度區域。這種成簇效應使質子和電子比原先更早地結合成氫（一種稱為複合的早期相變）。
波高斯安在閱讀傑丹茲克的論文時發現，這可以解決哈勃張力問題。宇宙學家通過觀察重組過程中發出的古老光，來計算當今空間應膨脹的速度。光線顯示出一個年輕的宇宙，上面布滿了斑點，斑點是由原始等離子體中晃動的聲波所形成。
如果由於磁場的聚集效應而發生的重組比預期的早，那麼聲波可能不會傳播得那麼遠，並且產生的斑點會更小。這意味著重組後我們在天空中看到的斑點必須比研究人員想像的更接近我們。來自斑點的光必須行進更短的距離才能到達我們，這意味著光必須一直在遍歷更快膨脹的空間。「這就像試圖在不斷膨脹的表面上運行；您所覆蓋的距離更短，」波高斯安說。
結果是，較小的星系團意味著較高的推斷宇宙膨脹率——使推斷率更接近於超新星和其他天文物體實際飛離速度的測量值。
"我想，哇，"波高斯安說，"這可能把我們指向[磁場]的實際存在。所以我立即寫信給了卡斯滕。就在新冠封鎖之前，兩人於二月份在蒙彼利埃聚會。他們的計算表明，解決哈勃張力問題所需的原始磁力也與耀變體觀測結果相符，並且原始磁場的估計大小與成長跨越星系團和絲狀天體的巨大磁場所需的磁場大小一致。"這一切都非常吻合，"波高斯安說，"不過，這還需要更多事實來證明其正確性。"