宇宙正在膨脹，這已是既定事實，但科學家對於其膨脹速度的快慢卻存在嚴重分歧。
我們用來測量宇宙膨脹率的兩種最佳方法，即哈伯常數，得出的結果卻頑固地不一致。這在現代宇宙學中引發了一個重大問題，稱為哈伯張力。
然而，我們想知道，一個最初為了解決另一個宇宙謎團——宇宙磁場的起源——而提出的想法，是否能幫助我們解開哈伯張力的謎團。
我們最近發表的研究，探討了從大爆炸後最早時刻遺留下來的極其微弱的磁場，是否能幫助我們解開哈伯張力，同時讓我們得以一窺地球上任何設備都無法企及的極高能量物理學。
天文學家使用哈伯常數作為測量宇宙膨脹速度的指標。它以美國天文學家艾德溫·哈伯的名字命名，他首先發現宇宙正在膨脹。
測量哈伯常數主要有兩種概念上不同的方法。一種是間接方法，基於我們宇宙學模型根據宇宙微波背景輻射的模式進行調整後的預測。宇宙微波背景輻射是大爆炸的微弱餘暉。
像普朗克太空望遠鏡這樣的望遠鏡，測量了這古老光線的微小波動，預測的哈伯常數約為每秒 67 公里／百萬秒差距（km/s/Mpc）。秒差距是天文學中使用的距離單位，約等於 3.26 光年，或 30.9 兆公里。百萬秒差距是一百萬秒差距。
第二種方法更為直接，類似於哈伯在 1920 年代首次證明宇宙正在膨脹時所使用的方法。
它透過觀測遙遠星系中超新星爆發的亮度，來測量這些星系遠離我們銀河系的速度。
Ia 型超新星被稱為「標準燭光」，因為我們知道它們的亮度無論在哪裡都相同。這意味著我們可以從它們對我們顯現的暗淡程度來判斷它們的距離。
為了確定它們的固有亮度，天文學家使用其他標準燭光，例如仙王座變星，在附近的星系中。這些觀測，利用哈伯和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，得出的數值較高，約為 73 km/s/Mpc。
這兩種測量方法之間的差異稱為哈伯張力。67 和 73 之間的差異看似微小，但統計學上卻具有高度顯著性。如果兩種方法都正確，那麼我們的標準宇宙學模型一定遺漏了重要的東西。
磁場遍布宇宙。行星和恆星會產生自己的磁場，但當我們試圖解釋瀰漫在星系和星系團，甚至可能是宇宙空洞中的更大尺度磁場時，我們的理解就會出現空白。
一個長期研究的可能性是，磁性最早出現在非常早期的宇宙中，遠在第一顆恆星或星系形成之前。這些所謂的原始磁場已經研究了幾十年，在宇宙微波背景輻射和其他數據中尋找它們的印記，提供了一種探測早期宇宙和產生這些磁場的極端能量的方法。
2011 年，我們中的兩位（Karsten 和 Tom）指出，原始磁場會影響複合過程——即電子和質子首次結合形成中性氫的過程——以及宇宙從不透明轉變為透明的過程。從那一刻起能夠自由傳播的第一束光，就是我們現在觀測到的宇宙微波背景輻射。
如果存在原始磁場，它們會透過推拉帶電粒子來加速複合過程，使物質稍微變得團塊狀。粒子越擁擠的地方，它們就越有可能相遇並形成氫。
轉變宇宙變得透明的時刻，會改變宇宙微波背景輻射中觀測到的模式大小。這實際上改變了用於測量距離的宇宙標尺，進而改變了從模型推斷出的哈伯常數值，有助於緩解哈伯張力。我們中的兩位（Karsten 和 Levon）在 2020 年使用簡化的複合模型證明了這一點。
在我們的新論文中，我們使用了第一個包含磁場的原始電漿體的三維完整模擬，追蹤了氫的形成過程。
我們利用這些模擬發現的氫形成歷史，計算了如果存在原始磁場，宇宙微波背景輻射應該如何呈現的預測，並將這些預測與背景輻射的觀測進行了比較。
宇宙微波背景輻射對複合過程的變化極其敏感。如果原始磁場以與觀測不符的方式改變了它，那麼這個想法就會被排除。相反，數據顯示我們的提議仍然是可行的。
在多種數據集的組合中，我們發現一致的、輕微的偏好指向原始磁場的存在，其標準偏差範圍約為 1.5 到 3。這還不是一個確定的發現，但卻是一個有意義的跡象，表明它們確實存在。
同樣重要的是，數據所支持的磁場強度，目前約為每平方高斯 5 到 10 皮高斯，接近於僅憑原始種子就能產生星系和星系團磁場所需的強度。皮高斯是測量磁場強度的單位。
除了幫助緩解哈伯張力之外，如果原始磁場得到證實，它們將為我們打開一扇新的窗口，讓我們了解宇宙在僅僅誕生幾秒鐘時的狀態，或許還能一窺大爆炸本身等重要事件。
我們的結果表明，該提議經受住了目前最詳細的測試，並為未來的觀測提供了明確的目標。在接下來的幾年裡，我們將了解來自時間黎明的微弱磁場是否幫助塑造了我們今天看到的宇宙，以及它們是否是解決哈伯張力的關鍵。
