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Magnetfelder existierten vor den ersten Sternen
Redaktion
/ Pressemitteilung der Ruhr-Universität Bochum
astronews.com
3. Januar 2013
Magnete finden sich heute überall. Doch wie sind eigentlich
die ersten Magnetfelder im Universum entstanden? Magnetische Elemente und
Teilchen gab es schließlich direkt nach dem Urknall noch nicht. Ein Physiker der
Ruhr-Universität Bochum hat sich dieser Frage nun angenommen und kommt zu dem
Schluss, dass die ersten Magnetfelder schon vor den ersten Sternen existierten.
Magnetfelder
entstanden nach einer jetzt vorgestellten Studie
noch vor den ersten Sternen.
Bild: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) |
Vor der Bildung der ersten Sterne bestand die leuchtende Materie nur
aus einem vollständig ionisierten Gas aus Protonen, Elektronen, Helium-Kernen
und Lithium-Kernen, die während des Urknalls entstanden waren. "Alle höheren
Metalle, zum Beispiel das magnetische Eisen, konnten nach heutiger Vorstellung
nur im Inneren der Sterne ausgebrütet werden", erklärt Prof. Dr. Reinhard
Schlickeiser vom Institut für Theoretische Physik der Ruhr-Universität Bochum.
"Zu frühen Zeiten gab es also keine Dauermagnete im Universum."
Die Parameter, die den Zustand eines Gases beschreiben, sind jedoch nicht
konstant. Dichte und Druck sowie elektrische und magnetische Felder schwanken um
bestimmte Mittelwerte. Durch diese Fluktuation entstanden an bestimmten Stellen
im Plasma schwache Magnetfelder, sogenannte Zufallsfelder. Wie stark diese
Felder in einem vollständig ionisierten Plasma aus Protonen und Elektronen sind,
hat Schlickeiser nun berechnet, und zwar für die Gasdichten und -temperaturen,
die in den Plasmen des frühen Universums vorkamen.
Das Ergebnis: Die Magnetfelder fluktuieren abhängig von der Position im
Plasma, jedoch unabhängig von der Zeit - anders als zum Beispiel
elektromagnetische Wellen wie Lichtwellen, die über die Zeit hinweg schwanken.
Überall im leuchtenden Gas des frühen Universums lag ein Magnetfeld mit einer
Stärke von 10-20 Tesla vor, also 10 Trilliardstel Tesla. Zum
Vergleich: Das Magnetfeld der Erde besitzt eine Stärke von 30 Millionstel Tesla;
in Kernspintomografen sind inzwischen Feldstärken von drei Tesla üblich. Das
Magnetfeld in den Plasmen des frühen Universums war also sehr schwach, aber es
erstreckte sich über nahezu 100 Prozent des Plasmavolumens.
Sternenwinde oder Supernova-Explosionen der ersten massereichen Sterne
erzeugten Stoßwellen, die die magnetischen Zufallsfelder in bestimmten Bereichen
komprimierten. Dadurch wurden die Felder verstärkt und großräumig ausgerichtet.
Schließlich war die magnetische Kraft so stark, dass sie wiederum die Stoßwellen
beeinflusste. "Das erklärt das oftmals beobachtete Gleichgewicht aus
magnetischen Kräften und thermischem Gasdruck in kosmischen Objekten", so
Schlickeiser.
Die Rechnungen zeigen, dass alle vollständig ionisierten Gase im frühen
Universum schwach magnetisiert waren. Magnetische Felder existierten also schon
vor den ersten Sternen. Als nächstes will der Bochumer Physiker nun untersuchen,
wie sich die schwachen Magnetfelder auf Temperaturschwankungen in der kosmischen
Hintergrundstrahlung auswirken.
Schlickeiser veröffentlichte seine Ergebnisse Ende letzten Jahres in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.
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