Selon une étude récente, les premiers champs magnétiques dans l'univers seraient apparus 370.000 ans après le Big Bang. Contrairement à certaines théories précédentes, ce résultat se fonde sur la physique standard, et pourrait expliquer la façon dont les toutes premières étoiles se sont développées.
Des champs magnétiques relativement confinés comme ceux de la Terre ou du Soleil sont produits par le mélange turbulent de fluides conducteurs à l'intérieur de leurs noyaux. Mais, à plus grande échelle, les champs entremêlés parmi les galaxies et les amas de galaxies sont difficilement explicables par un simple brassage de fluides. La plupart des galaxies n'ont effectué que quelques douzaines de rotations depuis leur formation.
Pour les scientifiques, l'existence d'un champ magnétique initial, même peu élevé, est nécessaire. Quelques chercheurs avaient déjà essayé d'expliquer l'origine de ce champ en faisant appel à de nouveaux mécanismes physiques, tels que le couplage des champs électromagnétiques avec des particules exotiques ou avec la gravitation dès les premiers instants après le Big Bang. De nombreux modèles qui se fondent sur la nouvelle physique ont vu le jour, mais aucun n'était réellement convaincant.
Les chercheurs de l'équipe de Kiyotomo Ichiki de l'Observatoire National Astronomique du Japon à Tokyo ont utilisé quant à eux la physique standard pour expliquer ce champ originel. Selon eux, le champ s'est créé avant la formation des premiers atomes, alors que l'Univers n'était qu'une soupe chaude de protons, d'électrons et de photons, un état qui a persisté durant les 370.000 premières années de l'Univers.
La pression que les photons exercent sur les électrons est différente de celle qu'ils exercent sur les protons. Les électrons sont également plus souvent déviés par les photons. Les chercheurs ont constaté que les différences entre les mouvements des électrons et ceux des protons produisaient un courant électrique tournant, qui générait à son tour un champ magnétique.
Pour les scientifiques, l'utilisation de la physique standard serait intéressante si elle est confirmée. Mais d'autres modèles, du type de ceux expliquant la formation des champs magnétiques originels dans les disques de matière entourant des trous noirs super massifs, ne peuvent pas encore être éliminés. Mais si l'analyse japonaise est correcte, elle peut fournir des indices sur la nature de l'Univers primordial, formé par la toute première génération d'étoiles. On pense que celles-ci étaient extrêmement massives et de courte durée de vie, et qu'elles ont ensemencé l'espace les environnant d'éléments lourds après leur mort.
Selon la nouvelle étude, le champ originel se serait développé de façon suffisamment importante au cours des premières centaines de millions d'années après le Big Bang pour affecter la rotation des disques de matière autour de ces premières étoiles. Cela aurait affecté leur masse et aurait influencé la chimie et la structure de l'Univers naissant.
Pour Ichiki, "les champs magnétiques, en plus de la gravitation, jouent un rôle critique dans les processus de formation des divers objets célestes et sur leur évolution dynamique dans l'univers". Le champ magnétique originel est un million de fois plus faible que les champs qui existent dans les galaxies aujourd'hui, mais les chercheurs indiquent que les futurs observatoires spatiaux pourraient le détecter indirectement. Si une étoile massive explose, elle propulse dans l'espace des électrons de grande énergie qui émettent des photons appelés rayons gamma. Cependant le champ originel pourrait dévier ces électrons, produisant un retard à l'arrivée des rayons gamma par rapport à des radiations lumineuses d'autres longueurs d'onde et ce retard pourrait être détecté par les futurs télescopes.