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Göttingen Nach dem Urknall kam das Magnetfeld
Campus Göttingen Nach dem Urknall kam das Magnetfeld
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20:27 09.09.2011
Turbulente 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). Quelle: pug
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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. An den Arbeiten unter der Leitung der Universität Heidelberg waren Wissenschaftler der Universitäten Göttingen und Hamburg sowie der Ecole Normale Supérieure im französischen Lyon beteiligt.

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. Die Wissenschaftler lieferten nun eine Erklärung: Der zugrundeliegende Mechanismus ist die Verstärkung anfänglich schwacher Magnetfelder durch turbulente Strömungen, wie sie auch im Inneren der Erde und der Sonne oder bereits im frühen Universum vorhanden sind. Die Forscher konnten zeigen, wie die Linien eines Magnetfeldes durch turbulente Strömungen gedehnt, verbogen und zusammengefaltet werden. Die dazu erforderliche Energie wird der Turbulenz entzogen und fließt in das Magnetfeld.

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„Das Wechselspiel von turbulenter Energie und Magnetfeld führt dazu, dass aus einem anfangs schwachen ein so starkes Magnetfeld werden kann, dass es die dynamischen Eigenschaften der Materie verändern kann“, erläutert der Leiter der Studie, Dr. Christoph Federrath vom Institut für Theoretische Astrophysik der Universität Heidelberg. „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.“ „Die Entstehung von Sternen und Galaxien führt unausweichlich zur Entstehung von Turbulenz, welche dann die Magnetfelder verstärkt“, erklärt der Göttinger Astrophysiker Prof. Dr. Dominik Schleicher, der diesen Zusammenhang in einer vorhergehenden Studie herausgestellt hat. Die Göttinger Wissenschaftler sind insbesondere an der dynamischen Bedeutung dieser Magnetfelder und ihren Auswirkungen auf die ersten Sterne und Galaxien interessiert. „Aufgrund der Anwesenheit von Magnetfeldern ist es insbesondere denkbar, dass es bereits bei den ersten Sternen zu Materie-Ausflüssen, sogenannten Jets, gekommen ist“, sagt Schleicher.

Die Forscher erhoffen sich von ihren Untersuchungen weitere Aufschlüsse über die Eigenschaften der ersten Sterne und Galaxien.

pug