Relikt des Urknalls

Astrophysiker berechnen das ursprüngliche Magnetfeld in unserer kosmischen Nachbarschaft

In den ersten Sekundenbruchteilen nach der Geburt des Universums entstanden nicht nur Elementarteilchen und Strahlung, sondern auch Magnetfelder. Ein Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching hat nun für das Weltall in unserer Umgebung berechnet, wie diese Magnetfelder heute aussehen sollten – mit hoher Detailschärfe und in 3D.

Blick auf das Unsichtbare: Diese Himmelskarte zeigt die Harrison-Magnetfeldstärke, gemittelt über eine Kugel von ungefähr 300 Millionen Lichtjahren Radius. Die beiden Regionen mit besonders starken Magnetfeldern sind der Perseus-Pisces-Galaxienhaufen (links) sowie der Virgohaufen (oben).

Der Urknall birgt noch viele Rätsel. Kosmologen versuchen auf unterschiedlichen Wegen, Informationen über die ersten Momente unseres Universums zu erhalten. Eine Möglichkeit dazu bieten kosmische Magnetfelder, die bei der Geburt des Weltalls erzeugt wurden und bis in unsere Zeit überlebt haben sollten.

Neben einer Reihe von höchst spekulativen Mechanismen, die für die sogenannte Magnetogenese vorgeschlagen wurden, gibt es ein einfaches plasmaphysikalisches Phänomen: den Harrison-Effekt. Dieser muss Magnetfelder schon beim Urknall produziert haben. Dabei erzeugten Wirbelbewegungen im Plasma des frühen Universums durch Reibung an dem sehr starken Strahlungsfeld elektrische Ströme, wodurch Magnetfelder induziert wurden.

Würde man also die damaligen Plasmawirbel kennen, dann könnte man berechnen, wie diese Magnetfelder im Detail entstanden. Wüsste man zudem, wie sich das Plasma seitdem bewegt hat, könnte man außerdem bestimmen, wie diese Magnetfelder gegenwärtig beschaffen sein sollten.

Die dafür notwendige Information steckt in der Verteilung der Galaxien um uns herum, weil diese aus der Materiebewegung seit dem frühen Universum resultiert. Nun kennen wir die Gesetze, die zur Galaxienbildung führen, recht gut. Das ermöglicht es uns, aus der gegenwärtigen Verteilung der Galaxien die Evolution der Materieverteilung seit dem frühen Universum bis heute recht genau nachzuvollziehen. Und mit dieser Information wiederum lassen sich die durch den Harrison-Effekt erzeugten Magnetfelder vorhersagen.

Kosmische Felder: Ein Schnitt durch den Perseus-Pisces-Galaxienhaufen im heutigen Universum mit der Materieverteilung in Grau und den Harrison-Magnetfeldlinien in Blau.

Ein internationales Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching berechnete genau nach dieser Logik die heutigen Überbleibsel der ursprünglichen (primordialen) Magnetfelder in unserer kosmischen Nachbarschaft. Hierfür untersuchten die Forscher zunächst die Verteilung von Galaxien in unserer Umgebung und kalkulierten daraus die Materieverteilung zur Zeit des Urknalls. Sie berücksichtigten den Harrison-Effekt und übersetzten schließlich die damit produzierten Felder wieder in die Gegenwart. So konnten die Wissenschaftler tatsächlich Struktur und Morphologie des primordialen Magnetfelds in den umliegenden 300 Millionen Lichtjahren vorhersagen.

Leider lässt sich die Theorie nicht durch die Beobachtung testen: Das berechnete Magnetfeld ist 27 Größenordnungen kleiner als jenes der Erde und liegt damit weit unter der aktuellen Messschwelle. Dennoch: Die sehr präzisen Vorhersagen für die Struktur des Magnetfelds aus dem Blickwinkel der Erde und an bekannten Orten im Universum zeigen, wie genau wir den Kosmos schon verstehen und äußerst subtile Effekte in diesem berechnen können. Und wer weiß, wie exakt die Messtechnik für Magnetfelder in 100 Jahren sein wird – Einstein glaubte ja auch, dass die von ihm vorhersagten Gravitationswellen zu schwach für eine Beobachtung wären…

HAE / HOR

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