Astrophysik

©2008 Autor: Michael Köchling
 



Über elektrische- und magnetische Wirkungen im Universum

Schon vor Jahren schrieb ich den Bericht über die differentiellen Galaxienrotationen. Aus aktuellem Anlass möchte ich diesen Bericht nun ergänzen. Am Max - Planck - Institut in Effelsberg (Radioastronomie), wurden schon um 1979 Messungen bei 6,3 cm bis 2,8 cm Wellenlänge gemacht um nachzuweisen, wie sich Arme von Spiralgalaxien verhalten oder gar bilden können. Dazu wurden die magnetischen Felder innerhalb von Spiralgalaxien vermessen. Es stellte sich heraus, dass die Arme der Spiralgalaxien exakt den Magnetfeldern folgen, wobei die Magnetfeldlinien zeigen, dass in den Spiralarmen kaum Feldlinien zu sehen sind, dafür aber um die Arme herum. Und wie es bei Stabmagneten der Fall ist, sind auch hierbei die Feldlinien überwiegend außerhalb des Magneten zu beobachten. Dabei sind normaler Weise die Galaxien zweiarmig, weil Magnete nun mal nur zwei Pole aufweisen.



Mit freundlicher Genehmigung des
MPI für Radioastronomie durch
© Herrn Rainer Beck

     


Abb.3: Magnetfeldlinien in M51,
abgeleitet aus Radiobeobachtungen mit dem
100m - Radioteleskop bei 2,8 cm Wellenlänge.
Die Feldlinien folgen fast überall den Spiralarmen.


Es gibt allerdings auch Ausnahmen! Also Galaxien mit mehr Armen. Diese Arme sind mit größter Wahrscheinlichkeit jedoch Abspaltungen von den Hauptarmen, denn entsprechend den alternden Sternpopulationen bilden sich neue magnetische Zentren, welche diese Abspaltungen verursachen können. Je mehr schwere Elemente in Sternpopulationen vorhanden sind, um so stärker werden die darin befindlichen Magnetfelder und da diese teils lokal begrenzt sind, kommt es zu den Abspaltungen. Hierdurch können sich komplett zusätzliche Arme ausbilden.



Mit freundlicher Genehmigung von Herrn © Klaus-Peter Kolbatz


Wie spiralisierend und gewunden sich Magnetfelder verhalten, ist besonders gut am irdischen Magnetfeld zu erkennen, wenn sich darin Polarlichter bilden. Diese sind geschwungene Bänder und wechseln oftmals schnell ihre Formen und Farben. Ein anderes Beispiel ist der Wendelstein - Stellarator (ein Fusionsreaktor der neuen Generation). Dessen Magnete sind torsionsartig verdreht angeordnet. Dies wurde gemacht, weil man auf diese Weise auf die Transformatorspule verzichten konnte, welche sonst für den Stromfluss im Plasma verantwortlich war. Der Stromfluss verdrillte das Plasma, was nun durch den Stellarator mit seinen Magnetanordnungen bewirkt wird.



© Mit freundlicher Genehmigung des MPI - Garching


Eine Analogie dazu könnten einige der verbogenen Scheiben von Galaxien darstellen. Bisher wurde allerdings angenommen, dass diese Formen durch die Schwerkraftwirkungen von Begleitgalaxien oder ehemaligen Transits mit anderen Galaxien verursacht wurden, was aber nicht generell für alle gelten kann. Die Magnetfelder von Galaxien sind jedoch nicht gleichmäßig, wodurch es zu den Verbiegungen bei scheibenförmigen Galaxien kommen kann. Der zentrale Magnetbereich im Bulg ist nämlich oftmals um einige Grad gegenüber der Senkrechten gekippt und fällt nicht mit der Rotationsachse zusammen.


Nun könnten wir wie oben dargestellt annehmen, dass die Spiralarme den Magnetfeldern folgen, was sicher auch größtenteils zutrifft. Es gibt allerdings eine logische Alternative: Besonders in den Spiralarmen befinden sich junge Sternpopulationen mit massereichen Sternen, die sehr schnell altern und am Ende ihres Daseins schon nach wenigen Millionen Jahren das Weltall mit schweren Elementen anreichern. Und wie oben beschrieben, führt dies zu stärkeren Magnetfeldern. So gesehen sind es daher die in den Spiralarmen erzeugten Magnetfelder, welche die Formen der Spiralarme vorgeben. Dies besagt nichts anderes, als dass Galaxien mit ausgeprägten Spiralarmen vergleichsweise älter sein müssten. Andererseits kommt es mit zunehmendem Alter zu vermehrten Abspaltungen. Dem zufolge müssten total gleichmäßig verrührte Galaxien sehr jung sein. Spiralgalaxien mit ausgeprägten zwei Armen mittelalt und vielarmige Galaxien sehr sehr alt sein. Diese Analogie lässt sich leider nicht auf die großen elliptischen und kugeligen Galaxien anwenden, weil hier offensichtlich ganz andere Voraussetzungen herrschen. In der Hauptsache gehen Wissenschaftler nämlich davon aus, dass es sich hierbei um Galaxien handelt, die sich schon mehrere andere Galaxien einverleibt haben. Wie die Magnetfelder in solchen Gebilden angeordnet sind, ist noch vollkommen offen. Jedenfalls sind die Magnetfelder in relativ schnell rotierenden Spiralgalaxien dominierend. Dies sieht man bei einigen an den von ihnen abgestrahlten Jets. Diese Jets werden bis zu mehrere zehntausend- oder gar bis zu mehreren hunderttausend Lichtjahren weit in das Weltall abgestrahlt. Allein unglaublich starke elektromagnetische Felder sind dazu in der Lage dies zu bewirken. Abgestrahlt werden solche Jets jeweils senkrecht aus den Zentren so genannter aktiver Galaxien. Dabei handelt es sich nicht nur um abgestrahlte Wellen, sondern es befinden sich darin riesige Mengen an Elektronen und Ionen. Dazu wird von wissenschaftlicher Seite vermutet, dass hierbei Schwarze Löcher die Verursacher der Jets sind. Allerdings konnte belegt werden, dass überaus aktive Sternentstehungsgebiete die gleiche elektromagnetische Signatur aufweisen, wie sie von den Schwarzen Löchern angenommen wird. Aus diesem Grund ist es noch nicht völlig klar, wodurch diese Jets bewirkt werden. Denkbar wäre es daher, dass jeweils einer der Faktoren der Verursacher sein könnte.
An dieser Stelle möchte ich Ihnen zeigen, welche unglaublichen Energien von aktiven Galaxien abgestrahlt werden. Und wie oben beschrieben können diese Jets bis zu mehreren hundertausend Lichtjahren lang sein und werden dabei weit aus den Scheibenebenen hinauskatapultiert. Angenommen wird als Verursacher jeweils ein Schwarzes Loch mit mehrere Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Diese Giganten sollen Materie aus ihrer Umgebung in einer Akkretionsscheibe sammeln, welche in rasender Geschwindigkeit das jeweilige Objekt spiralisierend umrundet. Jegliche Materie wird dabei in seine Atome und Moleküle zerrissen und ionisiert. Schon hierbei werden unvorstellbare Energien frei, welche von den Zentralobjekten aufgebracht werden müssen. Aber die Gravitationskraft solcher Objekte ist, wie wir wissen, fast unendlich groß. So gesehen ist es kein Problem, die frei werdenden Energien zu erklären. Hinzu kommen dann noch Stoßereignisse der Partikel untereinander, wobei viel thermische Energie frei wird.
Nun müssen wir die Eigenschaften der ionisierten Teilchen etwas näher betrachten. Es ist klar, sie sind alle positiv geladen, weil ihnen Elektronen entrissen wurden. Wir haben es daher anfangs bei der Ionisation mit einem Plasma zu tun. Aber alle diese Teilchen, auch die Elektronen, haben elektrische- und magnetische Eigenschaften, denn wie schon Albert Einstein und Leopold Infeld in „Die Revolution der Physik“ beschrieben haben, wird jede bewegte elektrische Ladung von einem Magnetfeld begleitet und umgekehrt jedes bewegte magnetische Feld von einem elektrischen. Dabei werden durch unterschiedliche Ladungen, magnetische Ausrichtungen und dem Strahlungsdruck, die Teilchen separiert. Das dies so ist, kann an unserer Ionosphäre verifiziert werden. Sie enthält überwiegend nur unterschiedliche Ionen, weshalb sie ihren Namen erhielt. Da die Erde sich bewegt und dreht und somit ein elektrisches- und magnetisches Feld hat, werden die Partikel nach Ladungen und magnetischen Eigenschaften zu den unterschiedlichen Polen geleitet. Auf die genau gleiche Weise geschieht dies bei den Galaxienkernen, denn auch diese rotieren und haben elektromagnetische Felder ungeheuren Ausmaßes. Und wie ich schon in dem Bericht „Jets von Galaxienzentren“ beschrieben habe, wird die so zu den Polen geleitete Materie aus den Akkretionsscheiben von den Galaxienkernen in Form von Jets emittiert. Dies ist die logische Folgerung, denn aus den Schwarzen Löchern kann bekanntlich nichts kommen. Dabei werden durch die rasend rotierenden Objekte die Magnetfeldlinien verdrillt. Sie konzentrieren die Materie und strahlen sie wegen gleicher Ladungen ab, denn ständig erfolgt Nachschub aus den Akkretionsscheiben, wodurch der Druck aufrecht erhalten wird. Der Effekt ist daher ganz ähnlich wie beim Ionenantrieb. Könnte man beim Ionenantrieb vergleichbar verdrillte Magnetfelder schaffen, wären diese Antriebe mit Sicherheit viel effizienter. Wenn dabei allerdings vergleichbar starke Emissionen in Form von Röntgen- und Gammastrahlung auftreten sollten, ist es wohl eher ungeeignet, auf diese Weise die Triebwerke effizienter zu machen.
Es kommt in den Jets zu weiteren Stoßereignissen, die zusätzliche thermische Energie erzeugen, aber auch zu nichtthermischer Strahlung durch spiralisierende Elektronen um Magnetfeldlinien. Es handelt sich dabei um Synchrotronstrahlung im Bereich von Radio- bis Röntgen- und Gammastrahlung. Dabei kommen recht unterschiedliche Energiewerte zustande, wenn man aus verschiedenen Richtungen auf ein solches Objekt schaut. Die Blickrichtung auf die Scheibenebene ergibt dabei wesentlich geringere Werte, als wenn wir senkrecht auf den Pol einer solchen Galaxie schauen würden.
Dies kennen wir auch vom Sonnenwind, der am Äquator der Sonne zwischen 300 - 400 km / s und an den Polen zwischen 600 - 1000 km / s betragen kann. Zusätzlich gibt es dann noch die Unterschiede zwischen relativ ruhigen Galaxien und anderen, die sehr aktiv sind. In unserer Milchstraße soll sich ein eher schlafendes Zentralobjekt befinden, was für uns alle sehr gut ist, denn in hoch aktiven Galaxien ist die Strahlenbelastung immens hoch und verhindert mit großer Sicherheit in weiten Bereichen der jeweiligen Galaxie die Bildung von Leben. Dabei ist zu unterscheiden, ob nur Radiostrahlung abgegeben wird, oder auch Röntgen und Gamma.
Des weiteren kommt es an den Stoßfronten der Jetkeulen zu Interaktionen mit der interstellaren Materie. Auch hierbei entsteht viel thermische Strahlung und nichtthermische Synchrotronstrahlung beim Auftreffen. Es werden dabei viele Radikale (Bruchstücke von Molekülen) erzeugt und eventuell können sogar Atome dadurch gespalten werden. Die auftreffende Jetmaterie ist hierfür verantwortlich.
Insgesamt erreichen die abgegebenen Energiewerte von der Seite gesehen bis zu mal 10 49 W und bei Draufsicht bis mal 10 52 W. Damit sind die abgegebenen Energiewerte teils so hoch oder sogar höher, wie die ganze Galaxie aus Sternen, Staub und Gas insgesamt abgibt. Dabei ist es noch nicht klar, ob die abgestrahlte Materie der Verursacher - Galaxie teilweise oder ganz wieder zugeführt wird, oder ob sich alles in den Weiten des Universums verteilt und andernorts zur Bildung neuer Populationen beiträgt.
Wir wissen bereits durch die Ergebnisse des Forschungssatelliten Ulysses, dass wir ein sehr elektromagnetisches Weltall haben. Um so erstaunlicher ist es, dass seitens der Astronomie diese Kräfte noch weitgehend unberücksichtigt bleiben. Hier tut sich für die Zukunft ein riesiges Forschungsgebiet auf. Und erst wenn diese Kräfte, bezogen auf das Weltall erforscht sind, werden wir viele Vorgänge im Universum besser verstehen. Allein schon aus diesem Grund sind die Arbeiten am MPI - für Radioastronomie (Effelsberg) zur Erforschung der magnetischen- und elektrischen Kräfte im Universum richtungsweisend und von größter Bedeutung.



Das 100m - Radioteleskop in Effelsberg (MPI - Bonn) ist das größte frei bewegliche Radioteleskop


Anmerkung: Von Herrn Nicolaus Struttmann aus Ludwigshafen erhalte ich manchmal gesammelte Infos aus Tageszeitschriften. Am Mittwoch, dem 30. April war in der FAZ unter „Natur und Wissen“ der Artikel „Galaxien mit magnetischen Düsen“ von Herrn Hermann - Michael Hahn. Darin wurden die Vorgänge zu den Jet - Bildungen ganz ähnlich beschrieben. Daran ist zu erkennen, dass hier intensiv geforscht wird, was der Sache nur dienlich sein kann. Allerdings hatte ich den Artikel erst jetzt bekommen und am 24. August 08 gelesen. Zu dem Zeitpunkt war mein Artikel schon fertig, womit ich sagen möchte, dass ich nicht gekupfert habe, zumal ich schon in anderen Berichten diesen Vorgang beschrieben hatte.