Starke Magnetfelder sind offenbar schon kurz nach dem Urknall entstandenAstrophysiker zeigen Magnetfeldverstärkung anhand dreidimensionaler Computersimulationen

In und zwischen Galaxien befinden sich Magnetfelder, die sich mit Radio-Teleskopen beobachten lassen. Wie diese Magnetfelder entstanden sind, ist bisher jedoch kaum bekannt. Jetzt liefert das internationale Forscherteam eine Erklärung: Anfänglich schwache Magnetfelder werden durch turbulente Strömungen, wie sie auch im Erdinnern und der Sonne oder – wie vorhergehende Studien dokumentieren – bereits im frühen Universum vorhanden sind, vergrößert. Starke Magnetfelder können dazu führen, dass bevorzugt Sterne großer Masse entstehen. Kurz nach dem Urknall waren es vermutlich diese massereichen Sterne, die unser heutiges Universum in Form und chemischer Zusammensetzung gestalteten. Robi Banerjee von der Hamburger Sternwarte erklärt: „Die Rolle der Magnetfelder im Universum wurde bisher falsch eingeschätzt. Man hielt sie für zu komplex oder für viel zu schwach.“

Die Astrophysiker nutzen für ihre Arbeit dreidimensionale Computersimulationen, die mit mehr als 32.000 Prozessoren parallel berechnet wurden. „Wir betreten Neuland. Noch nie wurden die Magnetfelder und die turbulenten Strömungen so detailreich simuliert“, sagt Robi Banerjee. Die Computersimulationen zeigen, wie Magnetfeldlinien durch turbulente Strömungen gedehnt, verbogen und zusammengefaltet werden und sich dadurch verstärken. Die dazu erforderliche Energie wird der Turbulenz entzogen und fließt in das Magnetfeld. „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 Christoph 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 erhoffen sich von ihren Untersuchungen weitere Aufschlüsse über die Eigenschaften der ersten Sterne und Galaxien.

Originalveröffentlichung:

C. Federrath, G. Chabrier, J. Schober, R. Banerjee, R. S. Klessen, and D. R. G. Schleicher. Mach Number Dependence of Turbulent Magnetic Field Amplification: Solenoidal versus Compressive Flows. Phys. Rev. Lett. 107, 114504 (2011), doi: 10.1103/PhysRevLett.107.114504

Eine digitale Abbildung kann angefordert werden unter: medien"AT"uni-hamburg.de.

Für Rückfragen:

Prof. Dr. Robi Banerjee
Hamburger Sternwarte
Tel.: 040-428 38-84 04
E-Mail: banerjee"AT"hs.uni-hamburg.de

Dr. Christoph Federrath
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg
Institut für Theoretische Astrophysik
Tel.: 06221-54-48 37
E-Mail: federrath"AT"uni-heidelberg.de