17.07.2008

Galaktische Magnetfelder

Normale Galaxien besitzen entgegen bisheriger Vermutungen bereits sehr früh in der kosmischen Entwicklung ähnlich starke Magnetfelder wie heute.

Galaktische Magnetfelder

Normale Galaxien besitzen entgegen bisheriger Vermutungen bereits sehr früh in der kosmischen Entwicklung ähnlich starke Magnetfelder wie heute.

Nicht nur Planeten und Sterne, sondern auch Galaxien besitzen Magnetfelder. Das Magnetfeld der Milchstraße beispielsweise beträgt in der Umgebung des Sonnensystems einige Mikro-Gauß. Bislang gingen die Astronomen davon aus, dass solche galaktischen Magnetfelder ihren Ursprung in einem ursprünglich schwachen kosmologischen „Saat-Feld“ haben, dass sich im Verlauf der Evolution einer Galaxie durch einen Dynamo-Effekt langsam verstärkt. Die Vermessung der Strahlung von 76 Quasaren durch ein internationales Team von Astronomen zeigt nun jedoch, dass normale Galaxien bereits sehr früh in der kosmischen Entwicklung ähnlich starke Magnetfelder wie heute besitzen.

„Der Ursprung und das Wachstum von Magnetfeldern in Galaxien ist immer noch ein Rätsel“, schreiben Martin Bernet von der ETH Zürich und seine Kollegen aus der Schweiz, den USA und Kanada in „Nature“. Insbesondere sei unklar, auf welchen Zeitskalen sich die Magnetfelder entwickeln. Um einen Einblick in diese Entwicklung zu gewinnen, haben Bernet und seine Kollegen die Strahlung von 76 Quasaren untersucht.

Die polarisierte Strahlung der Quasare wird auf ihrem Weg zu uns durch Magnetfelder beeinflusst: Der so genannte Faraday-Effekt dreht die Schwingungsebene der Strahlung. Die Faraday-Rotation ist messbar, weil der Grad der Drehung von der Wellenlänge des polarisierten Lichts abhängt. Aus der Stärke der Faraday-Polarisation können die Astronomen also auf die Stärke der intervenierenden Magnetfelder schließen.

Dabei bleibt zunächst aber unklar, ob sich diese Magnetfelder in der Wirtsgalaxie des Quasars befinden und damit in einer eher außergewöhnlichen kosmischen Umgebung, oder aber in einer Galaxie, die zufällig zwischen dem Quasar und dem irdischen Beobachter liegt.

Abb.: Beispiel für ein Galaxien-Magnetfeld: Das Sternsystem M51. Die Konturlinien zeigen die Stärke der Radiostrahlung, die Striche die Polarisationsrichtung des Lichts und damit die Richtung des Magnetfelds in der Galaxie an. (Quelle: MPIfR Bonn / Hubble Heritage Team)

Um zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden, haben Bernet und seine Kollegen mit einem speziellen Spektrographen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO hochaufgelöste Spektren der Quasare aufgenommen. Bei insgesamt 31 der Quasare stießen sie auf Absorptionslinien von einfach ionisiertem Magnesium bei deutlich kleineren Rotverschiebungen als der Rotverschiebung des jeweiligen Quasars. Solche Absorption tritt typischerweise in den Halos normaler Galaxien auf.

Der entscheidende Punkt ist nun, dass die Quasare mit Magnesium-Absorption durch Vordergrund-Galaxien statistisch signifikant eine deutlich stärkere Faraday-Rotation aufweisen. Die Drehung der Polarisation hat ihre Ursache demnach also tatsächlich im Magnetfeld der auf dem Lichtweg liegenden Galaxie. Aus der Stärke der Faraday-Rotation ergibt sich im Mittel eine magnetische Feldstärke von etwa zehn Mikro-Gauß, also ein zu den Magnetfeldern von normalen Galaxien im heutigen Kosmos vergleichbarer Wert.

Die Magnetfelder müssen also schon sehr früh in der Entwicklung der Galaxien entstanden sein. Die mittlere Rotverschiebung der Vordergrund-Galaxien in der von Bernet und Kollegen untersuchten Stichprobe liegt bei 1,3 – das entspricht einem Weltalter von rund 4,5 Milliarden Jahren, also etwa einem Drittel des heutigen Weltalters. Nach Ansicht von Bernet und seinen Kollegen deutet das frühe Vorhandensein starker Magnetfelder auch darauf hin, dass diese Magnetfelder eine bislang unterschätzte Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Galaxien spielen könnten.

Rainer Kayser

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