Wissen : Kosmische Geburtshelfer

Magnetfelder spielen möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Galaxien und Sternen.

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Magnetische Milchstraße. Die Aufnahme zeigt das Magnetfeld unserer Galaxie, der Milchstraße. Die Magnetfeldrichtungen positiv (rot) und negativ (blau) scheinen sich horizontal und vertikal zu spiegeln. Foto: MPI
Magnetische Milchstraße. Die Aufnahme zeigt das Magnetfeld unserer Galaxie, der Milchstraße. Die Magnetfeldrichtungen positiv...

In der drei Millionen Lichtjahre entfernten Triangulum-Galaxie sind die magnetischen Felder in großen Gaswolken parallel zum Magnetfeld in den Spiralarmen des Sternsystems ausgerichtet. Das zeigen Beobachtungen eines Forscherduos vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. Die Magnetfelder helfen offenbar dabei, das Gas zu verdichten und damit den Kollaps der Gaswolken und die Entstehung neuer Sterne einzuleiten, glauben Hua-bai Li und Thomas Henning.

Dichte Wolken aus Gas sind kosmische Kreißsäle, in denen neue Sterne entstehen. Die Astronomen sprechen von „Molekülwolken“, da die Gasansammlungen hauptsächlich aus Wasserstoffmolekülen bestehen. Was aber bringt die Materie überhaupt dazu, sich in Wolken zusammenzuballen, die hundert- oder gar tausendmal dichter sind als das umgebende interstellare Gas? „Wir haben bislang kaum eine Vorstellung davon, wie Molekülwolken entstehen“, erklären Hua-Li und Henning.

Die Mehrheit der Astronomen vertrat bislang die Auffassung, dass Magnetfelder keine bedeutende Rolle bei dieser ersten Stufe der Sternentstehung spielen können: Turbulente Bewegungen des Gases in den Wolken würden jede Ausrichtung des Magnetfeldes verwischen. Die neuen Beobachtungen von Li und Henning deuten nun aber darauf hin, dass das galaktische Magnetfeld den Molekülen ein bestimmtes Bewegungsmuster aufprägt und so die langsame Verdichtung der Materie unterstützt.

Und auch im weiteren Verlauf der Sternentstehung spielen Magnetfelder offenbar eine wichtige Rolle. Beobachtungen von Li und einem Team amerikanischer Astronomen zeigen, das Verdichtungen in den Gaswolken – genannt Kerne, erste Vorstufen von Sternen – Magnetfelder aufweisen, die wiederum parallel zum Magnetfeld der ganzen Wolke ausgerichtet sind. „Unsere Beobachtungen zeigen, dass die dichten Kerne in den Gaswolken nicht nur durch die Schwerkraft, sondern auch durch Magnetfelder miteinander verbunden sind“, sagt Li. „Die starken Magnetfelder müssen deshalb künftig bei Simulationen der Sternentstehung berücksichtigt werden.“

Trotz jahrzehntelanger Forschung ist allerdings immer noch unklar, warum Galaxien überhaupt ein Magnetfeld besitzen. Die Astrophysiker vermuten, dass ähnlich wie in der Erde und der Sonne ein Dynamo-Effekt am Werk ist: Die Bewegung elektrisch geladener Materie erzeugt dabei das magnetische Feld. In diesem Szenario verlaufen die Magnetfeldlinien parallel zur Scheibenebene einer Galaxie kreis- oder spiralförmig um ihr Zentrum herum – und zwar oberhalb und unterhalb der Scheibe in entgegengesetzte Richtungen.

Diesen Verlauf konnten Astronomen unlängst bestätigen: Aus 41 330 Einzelmessungen haben die Wissenschaftler erstmals eine genaue Karte des magnetischen Feldes der Milchstraße erstellt. Die Karte zeigt, dass das Magnetfeld tatsächlich oberhalb und unterhalb der galaktischen Scheibe entgegengesetzt ausgerichtet ist, genau wie von der Dynamo-Theorie vorhergesagt.

Andererseits haben die Himmelsforscher in den vergangenen Jahren bei mehreren Galaxien im jungen Kosmos starke Magnetfelder nachgewiesen, die nur schwer mit der Dynamo-Theorie in Einklang zu bringen sind. So besitzt das 6,5 Milliarden Lichtjahre entfernte Sternsystem DLA-3C286 ein Magnetfeld, das zehnmal stärker ist als das der Milchstraße. Die Astronomen hatten das Gegenteil erwartet, da die Dynamo-Theorie einen langsamen Aufbau der galaktischen Magnetfelder im Verlauf der kosmischen Entwicklung voraussagt. Die Beobachtungen deuten außerdem darauf hin, dass Magnetfelder eine bislang unterschätzte Rolle bei der Entstehung von Galaxien spielen könnten.

Dafür sprechen Computersimulationen von Forschern der Universitäten Heidelberg, Hamburg und Göttingen sowie der Ecole Normale Supérieure in Lyon. Die Rechnungen zeigen, wie Magnetfeldlinien durch turbulente Strömungen elektrisch geladener Materie 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 von der Universität Heidelberg.

„Die Rolle der Magnetfelder im Universum wurde bisher falsch eingeschätzt. Man hielt sie für zu komplex oder für viel zu schwach“, ergänzt sein Kollege Robi Banerjee von der Hamburger Sternwarte. Beim raschen Entstehen von Sternen und Galaxien nach dem Urknall waren Magnetfelder also vermutlich wichtig. Rainer Kayser

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