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Wie starke Magnetfelder entstehen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
astronews.com
14. September 2011
Starke Magnetfelder im Universum könnten schon kurz nach dem
Urknall entstanden sein. Dies ergaben jetzt vorgestellte Computersimulationen
eines internationalen Forscherteams. Verantwortlich für die Verstärkung
zunächst schwacher Magnetfelder sind danach turbulente Strömungen, wie es sie im
Erdinneren und in der Sonne gibt und auch im frühen Universum gegeben hat.
Die Abbildung
zeigt die turbulenten Magnetfeldstrukturen in
vier Computermodellen, die extrem
unterschiedliche physikalische Bedingungen
repräsentieren. Das Innere der Sonne ist
beispielsweise nur wenig komprimierbar und durch
Unterschallströmungen bestimmt (oben links),
wohingegen das Plasma des frühen Universums
vermutlich durch starke Kompressionen und
Überschallturbulenz dominiert wurde (unten
rechts).
Bild: Universität Heidelberg / Dr.
Christoph Federrath, Institut für Theoretische
Astrophysik [Großansicht] |
Starke Magnetfelder im Universum sind offenbar schon kurz nach dem Urknall
entstanden. Das hat ein internationales Forscherteam mit Hilfe von neuen
Computersimulationen gezeigt. Danach ist eine Magnetfeldverstärkung durch
turbulente Strömungen auch unter extremen physikalischen Bedingungen möglich und
kann damit bereits in einer frühen Phase der Entstehung des Universums
aufgetreten sein. Die Arbeiten unter Leitung des Heidelberger Astrophysikers Dr.
Christoph Federrath wurden an der Ecole Normale Supérieure in Lyon
sowie den Universitäten Heidelberg, Hamburg und Göttingen durchgeführt und die
Ergebnisse jetzt in der Fachzeitschrift Physical Review Letters
veröffentlicht.
Sowohl das Gas zwischen den Sternen einer Galaxie als auch die Materie
zwischen den Galaxien ist magnetisiert. Wie diese Magnetfelder, die sich mit
Teleskopen beobachten lassen, entstanden sind, ist bisher jedoch kaum bekannt.
Jetzt liefert das internationale Forscherteam eine Erklärung: Der
zugrundeliegende Mechanismus ist die Verstärkung anfänglich schwacher
Magnetfelder durch turbulente Strömungen, wie sie auch im Erdinnern und der
Sonne oder – wie vorhergehende Studien gezeigt haben – bereits im frühen
Universum vorhanden sind.
"Diese Turbulenzen sorgen dafür, dass magnetische Felder exponentiell
anwachsen. Wie unsere computerbasierten Modellrechnungen gezeigt haben, ist dies
auch unter vermeintlich ungünstigsten physikalischen Voraussetzungen möglich -
also schon unmittelbar nach dem Urknall, als die ersten Sterne im Universum
entstanden sind", sagt Federrath vom Institut für Theoretische Astrophysik des
Zentrums für Astronomie der Universität Heidelberg.
Die Astrophysiker um Federrath führten für ihre Untersuchung komplexe
Computersimulationen durch, die mit mehr als 32.000 Prozessoren parallel
berechnet wurden. Sie demonstrieren, wie Magnetfeldlinien durch turbulente
Strömungen gedehnt, verbogen und zusammengefaltet werden. Die dazu erforderliche
Energie wird der Turbulenz entzogen und fließt in das Magnetfeld.
So wie
beispielsweise elektrischer Strom durch die Bewegung von Ladungsträgern ein
Magnetfeld erzeugt, wirkt auch auf Ladungen eine Kraft, wenn sie sich in einem
Magnetfeld bewegen. "Das Wechselspiel von turbulenter Energie und Magnetfeld
führt dazu, dass aus einem anfangs schwachen ein so starkes Magnetfeld wird,
dass es die dynamischen Eigenschaften der Materie verändern kann", erläutert Federrath. "Dieser physikalische Prozess ähnelt dem Erzeugen von
elektro-magnetischer Energie in einem Fahrrad-Dynamo und wird deshalb auch als
'turbulenter Dynamo' bezeichnet."
Die Wissenschaftler wollen nun mehr über die dynamische Bedeutung dieser
Magnetfelder und ihre Auswirkungen auf die ersten Sterne und Galaxien
herausfinden. "Aufgrund der Existenz von Magnetfeldern ist es insbesondere
denkbar, dass es bereits bei den ersten Sternen zu Materie-Ausflüssen,
sogenannten Jets, gekommen ist", vermutet Federrath.
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