Die Erwähnung von Magnetfeldern im kosmischen Maßstab wird in einigen astronomischen Kreisen wahrscheinlich immer noch zu einer unangenehmen Stille führen - und nach ein wenig Fußmischen und Räuspern wird die Diskussion auf sicherere Themen übergehen. Sie spielen wahrscheinlich eine Rolle in der Galaxienentwicklung, wenn nicht sogar in der Galaxienbildung - und sind sicherlich ein Merkmal des interstellaren Mediums und des intergalaktischen Mediums.
Es wird erwartet, dass die nächste Generation von Radioteleskopen wie LOFAR (Low Frequency Array) und SKA (Square Kilometer Array) es ermöglichen wird, diese Felder in beispiellosen Details abzubilden - selbst wenn sich herausstellt, dass es sich um kosmische Magnetfelder handelt spielen in der großräumigen Kosmologie nur eine triviale Rolle - es lohnt sich zumindest, einen Blick darauf zu werfen.
Auf der Sternebene spielen Magnetfelder eine Schlüsselrolle bei der Sternentstehung, indem sie es einem Protostern ermöglichen, den Drehimpuls zu entladen. Im Wesentlichen wird der Spin des Protostars durch magnetischen Widerstand gegen die umgebende Akkretionsscheibe verlangsamt - wodurch der Protostar mehr Masse ansaugen kann, ohne sich auseinander zu drehen.
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 durch den turbulenten Fluss ionisierten Materials „Keim“ -Magnetfelder entstehen, die möglicherweise durch Supernova-Explosionen weiter aufgewühlt werden. In Scheibengalaxien können solche Keimfelder dann durch einen Dynamoeffekt weiter verstärkt werden, der dadurch entsteht, dass er in den Rotationsfluss der gesamten Galaxie gezogen wird. Solche Magnetfelder im galaktischen Maßstab bilden häufig Spiralmuster über einer Scheibengalaxie und zeigen eine vertikale Struktur innerhalb eines galaktischen Halos.
Ähnliche Samenfelder können im intergalaktischen Medium - oder zumindest im Intracluster-Medium - entstehen. Es ist nicht klar, ob die großen Hohlräume zwischen galaktischen Clustern eine ausreichende Dichte geladener Teilchen enthalten würden, um signifikante Magnetfelder zu erzeugen.
Samenfelder im Intracluster-Medium könnten durch einen Grad turbulenter Strömung verstärkt werden, der von supermassiven Schwarzloch-Jets angetrieben wird. Wenn jedoch keine weiteren Daten vorliegen, könnten wir annehmen, dass solche Felder möglicherweise diffuser und unorganisierter sind als die in Galaxien beobachteten.
Die Stärke der Intracluster-Magnetfelder beträgt durchschnittlich 3 x 10-6 Gauß (G), was nicht viel ist. Die Magnetfelder der Erde betragen durchschnittlich etwa 0,5 G und ein Kühlschrankmagnet etwa 50 G. Diese Intraclusterfelder bieten jedoch die Möglichkeit, vergangene Wechselwirkungen zwischen Galaxien oder Clustern (z. B. Kollisionen oder Fusionen) zurückzuverfolgen - und möglicherweise zu bestimmen, welche Rolle Magnetfelder spielten im frühen Universum, insbesondere im Hinblick auf die Bildung 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 Ausrichtung gezogen und dann nur in einer bestimmten Ebene durchgelassen werden.
• In größerem Maßstab kommt die Faraday-Rotation ins Spiel, bei der die Ebene des bereits polarisierten Lichts in Gegenwart eines Magnetfelds gedreht wird.
• Es gibt auch eine Zeeman-Aufspaltung, bei der Spektrallinien - die normalerweise das Vorhandensein von Elementen wie Wasserstoff identifizieren - in Licht gespalten werden können, das durch ein Magnetfeld gegangen ist.
Weitwinkel- oder All-Sky-Vermessungen von Synchrotronstrahlungsquellen (z. B. Pulsaren und Blazaren) ermöglichen die Messung eines Gitters von Datenpunkten, die aufgrund von Magnetfeldern auf der intergalaktischen oder Intracluster-Skala eine Faraday-Rotation erfahren können. Es wird erwartet, dass die von der SKA angebotene hohe Auflösung die Beobachtung von Magnetfeldern im frühen Universum bis zu einer Rotverschiebung von etwa z = 5 ermöglicht, was Ihnen einen Blick auf das Universum gibt, wie es vor etwa 12 Milliarden Jahren war.
Weiterführende Literatur: Beck, R. Kosmische Magnetfelder: Beobachtungen und Perspektiven.
