Press release: Starke Magnetfelder entstanden offenbar schon kurz nach dem Urknall

Nr. 192/2011 - 08.09.2011

Astrophysiker zeigen Magnetfeldverstärkung anhand von Computersimulationen

(pug) Starke Magnetfelder im Universum sind offenbar schon kurz nach dem Urknall entstanden. Das hat ein internationales Forscherteam mit Hilfe von dreidimensionalen 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. 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. Die Forschungsergebnisse werden am Freitag, 9. September 2011, 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. 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.

„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“, so Prof. Schleicher. Die Forscher erhoffen sich von ihren Untersuchungen weitere Aufschlüsse über die Eigenschaften der ersten Sterne und Galaxien.

Originalveröffentlichung: Federrath et al. Mach Number Dependence of Turbulent Magnetic Field Amplification: Solenoidal versus Compressive Flows. Physical Review Letters 107, 114504. Doi: 10.1103/PhysRevLett.107114504.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Dominik Schleicher
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – Institut für Astrophysik
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-5045, Fax (0551) 39-5043
E-Mail: dschleic@astro.physik.uni-goettingen.de
Internet: www.astro.physik.uni-goettingen.de/~dschleic/