Das Magnetfeld eines Myons.(Bildnachweis: Newton Henry Black/Wikimedia Commons)
Wie das Universum zu seinen großen Magnetfeldern kam, ist nach wie vor eines der schwierigsten Probleme der Astrophysik. Jetzt haben Forscher eine neue Lösung vorgeschlagen: eine riesige „Staubbatterie“, die bei der Entstehung der ersten Sterne in Betrieb war.
Magnetische Felder sind überall im Universum zu finden. Natürlich gibt es das Magnetfeld der Erde, das gefährliche kosmische Strahlung ablenkt, unsere Kompasse bewegt und Schwärme von Zugvögeln lenkt. Aber auch andere Planeten und Sterne haben Magnetfelder, und die Magnetfelder des Jupiters und der Sonne sind stärker als das der Erde.
Sogar die gesamte Milchstraßengalaxie hat ihr eigenes Magnetfeld. Es ist etwa eine Million Mal schwächer als das der Erde, aber es erstreckt sich über Zehntausende von Lichtjahren und umspannt die gesamte Galaxie. Astronomen kennen sogar noch größere Magnetfelder, von denen einige ganze Galaxienhaufen ausfüllen, die einige Millionen Lichtjahre groß sein können.
Woher kommen also diese gigantischen Magnetfelder? Auch wenn sie relativ schwach sind, sind sie unglaublich groß. Was auch immer sie erzeugt hat, muss also aus entsprechend energiereichen, großräumigen Quellen stammen. Im Laufe der Jahrzehnte haben die Astronomen eine Reihe von Mechanismen vorgeschlagen, von denen die meisten auf einem Dynamoprozess beruhen, der schwache „Keim“-Felder aufnimmt und sie auf ihre heutigen Werte verstärkt.
Aber das wirft den Torpfosten nur noch weiter zurück. Woher kommen die schwachen Keimfelder überhaupt?
In einer im Oktober im Astrophysical Journal veröffentlichten Arbeit schlagen die Forscher eine neue Lösung vor. Ihr Szenario beginnt in der kosmischen Dämmerung, als das Universum nur wenige hundert Millionen Jahre alt war und die ersten Sterne und Galaxien zu leuchten begannen. Nachdem diese ersten Sterne gestorben waren, hinterließen sie Teile von schwereren Elementen, die sich im interstellaren Raum zu den ersten Staubkörnern zusammenfanden.
Diese Staubkörner waren im Allgemeinen durch den Beschuss mit Strahlung und die Reibung untereinander elektrisch geladen. Als die zweite Generation von Sternen aufleuchtete, schien ihr intensives Licht durch all das Gas und den Staub, der sie umgab. Wenn diese Sterne stark genug waren, konnte ihre Strahlung buchstäblich auf die Staubkörner drücken und sie dazu bringen, sich durch das restliche Gas zu bewegen. Diese sich bewegenden, elektrisch geladenen Staubkörner würden einen schwachen, aber weitreichenden elektrischen Strom erzeugen, wie ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1.000 Lichtjahren.
Da die Strahlung durch das interstellare Gas nicht vollkommen gleichmäßig gefiltert wird, würden die sich bewegenden Staubkörner dazu neigen, sich an einigen Stellen zu verklumpen und an anderen zu zerstreuen. Dies würde zu Unterschieden in der Menge des elektrischen Stroms von Ort zu Ort führen, was durch die Gesetze des Elektromagnetismus natürlich ein Magnetfeld erzeugen würde.
In der neuen Studie fanden die Forscher heraus, dass dieses Magnetfeld unglaublich schwach wäre – etwa ein Milliardstel der Stärke des Erdmagnetfeldes. Es wäre jedoch groß genug, dass andere astrophysikalische Prozesse, wie Vermischung und Dynamoverstärkung, sich an dieses Keimfeld anhängen und die Magnetfelder erzeugen könnten, die wir heute sehen.
Dies ist jedoch nur eine Hypothese. Die Forscher schlossen ihre Arbeit mit einem Rezept ab, um diesen Mechanismus in Simulationen der Entwicklung von Galaxien und ihren Magnetfeldern zu berücksichtigen. Dies ist ein entscheidender Schritt, um die von dieser Theorie vorhergesagten vollständigen Magnetfelder mit denen zu vergleichen, die wir im tatsächlichen Universum sehen. Wir können die Uhr nicht zurückdrehen, um zu sehen, wie die Magnetfelder des Universums vor langer Zeit aussahen, aber wir können Ideen wie diese nutzen, um zu versuchen, die Vergangenheit zu rekonstruieren.
