Supermagnete
im Weltall
Redaktion
astronews.com
15. Oktober 2004
Wie erklärt man die enormen Feldstärken von magnetischen Sternen? Diese seit
50 Jahren unbeantwortete Frage über die Entstehung kosmischer Magnetfelder haben
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching jetzt mit
Hilfe dreidimensionaler numerischer Simulationen beantwortet. Die Forscher
bestätigten die "fossile Feldtheorie",
wonach es sich bei diesen Magnetfeldern um Überbleibsel aus jenen Gaswolken
handelt, aus denen sich Sterne bilden.
Das Magnetfeld in einem magnetischen Stern, berechnet mit einer
dreidimensionalen numerischen Simulation. Bild:
Max-Planck-Institut für Astrophysik [Weitere
Details und Grafiken] |
Diese Entdeckung ist von Bedeutung für drei Gruppen von Sternen, in denen man
ein starkes Magnetfeld beobachten kann. Die bekanntesten sind die so genannten
"magnetischen Ap-Sterne", ziemlich normale Sterne, die zwei bis zehn Mal
massereicher sind als unsere Sonne und die ein Magnetfeld haben wie ein Stabmagnet.
Ein Beispiel ist Alioth (Epsilon Ursae Majoris, der fünfte Stern im großen
Bären).
Daneben gibt es unter den so genannten Weißen Zwergen auch magnetische
Exemplare mit 100.000 mal höheren Feldstärken, und schließlich kennt man die "Magnetare",
Neutronensterne mit 100 Milliarden mal stärkeren Feldern als handelsübliche
Stabmagnete. Das Feld in all diesen Sternen ist großskalig und statisch, im
Gegensatz zur Sonne und ihr verwandten Sternen, deren Magnetfeld schwach und
kleinskalig ist und sich zudem fortlaufend ändert.
Seit der Entdeckung magnetischer Sterne vor mehr als einem halben Jahrhundert,
gibt es zwei Theorien, um ihr Magnetfeld zu erklären: Nach der einen Theorie
wird das Feld durch Konvektion im Kern erzeugt, ähnlich wie das Magnetfeld der
Erde. Die andere ist die "fossile Feld-Theorie", wonach diese Felder schlicht
Überbleibsel sind von Magnetfeldern in den Gaswolken, aus denen Sterne
entstanden sind.
Für diese Erklärung gibt es indirekte Beweise, wie die
Tatsache, dass die Magnetfelder unveränderlich sind. Doch das Hauptproblem
besteht darin, dass man bisher keine Feldkonfiguration kannte, die so lange Zeit
überleben kann. Alle bisher untersuchten Magnetfeldkonfigurationen sind instabil
und würden bereits innerhalb weniger Jahre zerfallen.
Von daher vermutete man, dass es zum einen eine stabile Konfiguration für das
Magnetfeld geben muss, und dass es zum anderen einen Weg geben müsste, auf dem
sich das anfängliche Magnetfeld des Sterns dorthin entwickeln kann. Diese
spezifische Konfiguration haben die Max-Planck-Forscher jetzt mit
dreidimensionalen numerischen Simulationen gefunden, in denen die Entwicklung
willkürlicher Anfangsfelder bis zu einem stabilen Endzustand verfolgt wird.
Dieses stabile Magnetfeld hat immer die gleiche Form - ein Reifen (Torus) aus
verdrillten Feldlinien, vergleichbar jenen Feldern, die in modernen
Fusionsreaktoren verwendet werden. Das Feld ähnelt einem defekten Autoreifen,
bei dem die gebrochenen Drähte des Stahldrahtgeflechts durch die Oberfläche
schauen. An der Oberfläche eines Sterns hat das Magnetfeld etwa die Form eines
Dipols, was auch mit astronomischen Beobachtungen übereinstimmt.
Mit ihren Computersimulationen haben die Max-Planck-Wissenschaftler jetzt eine
zuverlässige Basis für die Theorie der Magnetfelder in A-Sternen geschaffen: Bei
diesen Feldern handelt es sich um Überbleibsel von Magnetfeldern, die in den
galaktischen Gaswolken bestanden haben, aus denen der Stern geboren wurde. Die
Forscher können jetzt auch erklären, wie diese Felder über Hunderte Millionen
Jahre überleben können. Damit wird auch wahrscheinlich, dass Magnetfelder in
Weißen Zwergen und Neutronensternen die gleiche Struktur und Stabilität
besitzen. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe
der Fachzeitschrift Nature.
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