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Magnetfelder bereits kurz nach dem Urknall im Universum vorhanden

Unter Beteiligung des Hamburger Astrophysikers Prof. Dr. Robi Banerjee hat eine internationale Forscherkooperation herausgefunden, dass starke Magnetfelder wahrscheinlich bereits kurz nach dem Urknall im Universum vorhanden waren. Damit könnten die Wissenschaftler erklären, woher die beobachteten Magnetfelder in Galaxien und zwischen den Galaxien stammen und welchen Einfluss sie im Universum haben. Bislang wurden die Magnetfelder in vielen Berechnungen ignoriert. Die Arbeiten unter Leitung des Heidelberger Sternforschers Dr. Christoph Federrath wurden an der Ecole Normale Supérieure in Lyon (Frankreich) sowie den Universitäten Heidelberg, Hamburg und Göttingen durchgeführt. Am 9. September 2011 werden die Forschungsergebnisse in der Online-Ausgabe der „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

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
(Uni Hamburg)