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Ursprung galaktischer Magnetfelder
In meinem letzten Beitrag bin ich darauf eingegangen, wie man überhaupt auf die Idee kommt, dass Galaxien Magnetfelder hätten – kurz: man kann sie beobachten! Der Umstand, dass es solch gigantische Magnetfelder gibt, wirft natürlich die Frage auf, wo sie denn herkommen. Waren sie einfach immer da? Oder sind sie gerade im Entstehen begriffen? Dies ist eine noch offene und ungeklärte Frage, aber ein paar mögliche Antworten habe ich parat:
Sie waren einfach da: Allenfalls ist das Universum als solches direkt mit Magnetfeldern gestartet, welche dann beim Wachstum des Universums mitgewachsen sind. Wenn dem aber so wäre, müsste man heute auch deren Einfluss auf frühe Strahlung sehen, namentlich müsste man bei der kosmischen Mikrowellen-Hintergrund–Strahlung (dem ersten Licht, dass sich frei entfalten konnte) Effekte sehen, die man aber nicht beobachtet.
Nach dem Urknall, aber bevor Galaxien entstanden: Nach dem Urknall müsste einiges an Material, Staub, Gas, Photonen und Elektronen umhersausen. Dabei könnten sich auch Wirbel gebildet haben, die dann die bereits erwähnte kosmische Hintergrundstrahlung so beeinflusste, dass diese stark mit frei herumschwirrenden Elektronen interagierte, aber weniger stark mit ionisierten Atomen. So wirkte dann auf die Elektronen eine andere Kraft, als auf die Atome, so, dass sich diese voneinander entfernten. Dadurch hätte sich quasi in einem Bereich negative elektrische Ladung (Elektronen) angesammelt und in einem anderen hätte sich positive elektrische Ladung (Ionen) angesammelt. Dadurch baut sich eine Spannung auf beziehungsweise ein Strom. Dadurch, dass sich die einen Teilchen schneller bewegen als die anderen, scheren sie aneinander. Auf diesem Prinzip basiert auch die sogenannte Biermann Batterie, die man auch im Labor realisieren kann. Dies wäre also durchaus eine Möglichkeit, ein Magnetfeld zu erzeugen.
Bei der Galaxienentstehung: Auch bei der Entstehung von Galaxien können sich Wirbel bilden. Und auch dabei können die vorhandenen Elektronen mit der kosmischen Hintergrundstrahlung interagieren. Das Prinzip ist demjenigen des vorangegangenen Abschnittes ganz ähnlich.
Durch die ersten Sterne: Auch Sterne haben Magnetfelder. Hier spielt insbesondere deren Rotation eine Rolle. So wie sich unsere Erde einmal pro Tag um ihre Achse dreht, dreht sich auch unsere Sonne um die ihrige. Dabei können sich elektrische Spannungen aufbauen, die sich dann als Magnetfelder äussern. Die frühesten Sterne in einer Galaxie waren wohl viel grösser als die Heutigen, dafür aber auch deutlich kurzlebiger. Sie könnten aber ihre Magnetfelder auf die Galaxie übertragen haben. Die Sterne sind aber nicht schön geordnet oder irgendwie zueinander ausgerichtet. Sie liegen quasi kreuz und quer in der Galaxie herum. Entsprechend unordentlich müsste auch das entstehende Magnetfeld sein. Das Magnetfeld, das man beobachtet scheint allerdings einigermassen ordentlich zu sein. Dennoch wird bei Computersimulationen zur Entstehung von Galaxien gerne auf diesen Mechanismus zurückgegriffen. Für Ordnung könnten auch später noch andere Prozesse sorgen.
In schwarzen Löchern oder Neutronensternen: Schwarze Löcher oder Neutronensterne, insbesondere sich sehr schnell drehende, sogenannte Quasare oder Pulsare, können ebenfalls über sehr starke Magnetfelder verfügen. Auch diese könnten sich auf Galaxien übertragen. Da die Anzahl an schwarzen Löchern und Neutronensternen deutlich geringer ist als die Gesamtanzahl an Sternen, wäre hier auch weniger Unordnung zu erwarten. Pulsare würden die Feldlinien der Magnetfelder eher verdrehen, wobei schwarze Löcher starke Fontänen ausbilden können, die dann eher transversal ausgerichtet wären, also zur Drehrichtung gerade 90° gedreht, sozusagen von oben nach unten zeigen.
Der Ursprung galaktischer Magnetfelder ist nach wie vor ein Mysterium. So meinte auch Alexander Vilkenin
‘There is much to be learned about cosmic magnetic fields. We have a rather sketchy information about the field distribution on the largest scales, and the origin of the magnetic fields remains a mystery.’