Die Erwähnung von Magnetfeldern im kosmischen Maßstab dürfte in manchen astronomischen Kreisen noch auf unangenehme Stille stoßen – und nach ein wenig Fußschütteln und Kehlenräumung wird die Diskussion zu sichereren Themen übergehen. Aber schau, sie sind da draußen. Sie spielen wahrscheinlich eine Rolle bei der Galaxienentwicklung, wenn nicht gar bei der Galaxienentstehung – und sind sicherlich ein Merkmal des interstellaren Mediums und des intergalaktischen Mediums.
Es wird erwartet, dass die nächste Generation von Radioteleskopen, wie z VERSPRECHEN (Niederfrequenz-Array) und die SKA (Square Kilometre Array) wird es möglich machen, diese Felder in noch nie dagewesener Detailtiefe zu kartieren – selbst wenn sich also herausstellt, dass kosmische Magnetfelder in der großräumigen Kosmologie nur eine triviale Rolle spielen – lohnt sich zumindest ein Blick darauf.
Auf stellarer Ebene spielen Magnetfelder eine Schlüsselrolle bei der Sternentstehung, indem sie es einem Protostern ermöglichen, Drehimpuls zu entladen. Im Wesentlichen wird die Drehung des Protosterns durch den magnetischen Widerstand gegen die umgebende Akkretionsscheibe verlangsamt – was es dem Protostern ermöglicht, weiterhin mehr Masse anzuziehen, ohne sich selbst auseinanderzudrehen.
Auf galaktischer Ebene erzeugen Akkretionsscheiben um stellargroße Schwarze Löcher Jets, die heißes ionisiertes Material in das interstellare Medium injizieren – während zentrale supermassive Schwarze Löcher Jets erzeugen können, die solches Material in das intergalaktische Medium injizieren.
Innerhalb von Galaxien können „Saat“-Magnetfelder aus der turbulenten Strömung ionisierten Materials entstehen, die möglicherweise durch Supernova-Explosionen weiter aufgewirbelt wird. In Scheibengalaxien können solche Saatfelder dann durch einen Dynamoeffekt weiter verstärkt werden, der dadurch entsteht, dass sie in die Rotationsströmung der gesamten Galaxie hineingezogen werden. Solche Magnetfelder im galaktischen Maßstab werden oft beobachtet, wie sie spiralförmige Muster über einer Scheibengalaxie bilden und auch eine vertikale Struktur innerhalb eines galaktischen Halos zeigen.
Es wird erwartet, dass Radioteleskope der nächsten Generation wie das Square Kilometre Array die kosmische Magnetfeldforschung erheblich verbessern werden. Kredit Swinburne AP.
Ähnliche Saatfelder können im intergalaktischen Medium entstehen – oder zumindest die Intracluster-Medium . Es ist nicht klar, ob die großen Hohlräume zwischen galaktischen Clustern eine ausreichende Dichte geladener Teilchen enthalten würden, um signifikante Magnetfelder zu erzeugen.
Saatfelder im Intracluster-Medium könnten durch einen Grad an turbulenter Strömung verstärkt werden, die von supermassiven Schwarzen-Loch-Jets angetrieben wird, aber in Ermangelung weiterer Daten könnten wir annehmen, dass solche Felder diffuser und desorganisierter sind als die innerhalb von Galaxien.
Die Stärke der Intracluster-Magnetfelder beträgt im Durchschnitt etwa 3 x 10-6Gauss (G), was nicht viel ist. Die Magnetfelder der Erde betragen im Durchschnitt etwa 0,5 G und ein Kühlschrankmagnet etwa 50 G. Dennoch bieten diese Intracluster-Felder die Möglichkeit, vergangene Wechselwirkungen zwischen Galaxien oder Haufen (zB Kollisionen oder Verschmelzungen) zurückzuverfolgen – und vielleicht herauszufinden, welche Rolle Magnetfelder gespielt haben im frühen Universum, insbesondere im Hinblick auf die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien.
Magnetfelder können indirekt durch eine Vielzahl von Phänomenen identifiziert werden:
• Optisches Licht wird teilweise durch das Vorhandensein von Staubkörnern polarisiert, die durch ein Magnetfeld in eine bestimmte Richtung gezogen werden und dann nur Licht in einer bestimmten Ebene durchlassen.
• In größerem Maßstab, Faraday-Rotation kommt ins Spiel, wo die Ebene von bereits polarisiertem Licht in Gegenwart eines Magnetfeldes gedreht wird.
• Es gibt auch Zeeman-Spaltung , wo Spektrallinien – die normalerweise das Vorhandensein von Elementen wie Wasserstoff identifizieren – in Licht, das ein Magnetfeld passiert hat, aufgespalten werden können.
Weitwinkel- oder All-Sky-Untersuchungen von Synchrotronstrahlung Quellen (z. B. Pulsare und Blazare) ermöglichen die Messung eines Gitters von Datenpunkten, die als Ergebnis von Magnetfeldern auf intergalaktischer oder Intracluster-Skala einer Faraday-Rotation unterliegen können. Es wird erwartet, dass die hohe Auflösung des SKA Beobachtungen von Magnetfeldern im frühen Universum bis zu einer Rotverschiebung von etwa z = 5 ermöglicht, was Ihnen einen Blick auf das Universum vor etwa 12 Milliarden Jahren ermöglicht.
Weiterlesen:Beck, R. Kosmische Magnetfelder: Beobachtungen und Aussichten .
