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SIMULATION
Wie starke Magnetfelder entstehen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
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14. September 2011

Starke Magnetfelder im Universum könnten schon kurz nach dem Urknall entstanden sein. Dies ergaben jetzt vorgestellte Computersimulationen eines internationalen Forscherteams.  Verantwortlich für die Verstärkung zunächst schwacher Magnetfelder sind danach turbulente Strömungen, wie es sie im Erdinneren und in der Sonne gibt und auch im frühen Universum gegeben hat.

Magnetfelder

Die Abbildung zeigt die turbulenten 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). Bild: Universität Heidelberg / Dr. Christoph Federrath, Institut für Theoretische Astrophysik [Großansicht]

Starke Magnetfelder im Universum sind offenbar schon kurz nach dem Urknall entstanden. Das hat ein internationales Forscherteam mit Hilfe von neuen 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. Die Arbeiten unter Leitung des Heidelberger Astrophysikers Dr. Christoph Federrath wurden an der Ecole Normale Supérieure in Lyon sowie den Universitäten Heidelberg, Hamburg und Göttingen durchgeführt und die Ergebnisse jetzt 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. Jetzt liefert das internationale Forscherteam eine Erklärung: Der zugrundeliegende Mechanismus ist die Verstärkung anfänglich schwacher Magnetfelder durch turbulente Strömungen, wie sie auch im Erdinnern und der Sonne oder – wie vorhergehende Studien gezeigt haben – bereits im frühen Universum vorhanden sind.

"Diese Turbulenzen sorgen dafür, dass magnetische Felder exponentiell anwachsen. 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", sagt Federrath vom Institut für Theoretische Astrophysik des Zentrums für Astronomie der Universität Heidelberg.

Die Astrophysiker um Federrath führten für ihre Untersuchung komplexe Computersimulationen durch, die mit mehr als 32.000 Prozessoren parallel berechnet wurden. Sie demonstrieren, wie Magnetfeldlinien 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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So wie beispielsweise elektrischer Strom durch die Bewegung von Ladungsträgern ein Magnetfeld erzeugt, wirkt auch auf Ladungen eine Kraft, wenn sie sich in einem Magnetfeld bewegen. "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 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 wollen nun mehr über die dynamische Bedeutung dieser Magnetfelder und ihre Auswirkungen auf die ersten Sterne und Galaxien herausfinden. "Aufgrund der Existenz von Magnetfeldern ist es insbesondere denkbar, dass es bereits bei den ersten Sternen zu Materie-Ausflüssen, sogenannten Jets, gekommen ist", vermutet Federrath.

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siehe auch
Magnetfelder: Dynamo bei Sternen und Planeten recht ähnlich - 8. Januar 2009
PROMISE: Kosmische Magnetfelder im Labor - 23. Oktober 2008
Galaxien: Junge Galaxie mit starkem Magnetfeld - 2. Oktober 2008
Sterne: Supermagnete im Weltall - 15. Oktober 2004
Links im WWW
Universität Heidelberg
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