Interstellare Magnetfelder verstehen, um Geheimnisse der Galaxien zu erfahren
Magnetfelder stehen im Mittelpunkt fast aller Fragen zur Entwicklung von Galaxien, Ihr Studium kann viele Antworten über galaktische Entwicklung bereitstellen, zum Beispiel die Rate, mit der sich Sterne bildeten. Indirekt kann dieses Wissen sogar neues Licht auf die Entstehung von Planten und dem Leben werfen. Noch ist es nicht möglich, das interstellare Magnetfeld direkt zu messen, was die Aufgabe unglaublich schwierig gestaltet. Magnetfelder im Weltraum können nur anhand ihrer Interaktion mit der zwischen Planeten und Sternen vorgefundenen Hintergrundstrahlung berechnet werden. Da diese Interaktion relativ schwach ist, kann es zu großen Unsicherheiten bei den Messungen kommen. Dazu kommt, dass es sich bei dem Magnetfeld um einen Vektor handelt – es hat sowohl eine Stärke als auch eine Richtung im Raum. „Keine bisher bekannte Beobachtungsmethode kann uns diese beiden Eigenschaften für denselben Bereich des Weltraums geben“, erklärt Eva Ntormousi, eine Astrophysikerin am Forth-Institut für Astrophysik und leitende Forscherin im Projekt ORIGAMI. Das Projekt ORIGAMI wurde in Leben gerufen, um diese Wissenslücken mithilfe komplexer und umfassender numerischer Modellierung zu schließen. „Unsere Simulationen verfolgen die Ko-Evolution des Magnetfelds mit der Galaxie und stellen somit ein selbstkonsistentes Bild der Dynamik bereit“, sagt Ntormousi, deren Forschung mit Unterstützung des Marie-Skłodowska-Curie-Programms durchgeführt wurde.
Dynamische Modellierung
ORIGAMI ist ein ehrgeiziges Projekt, im Rahmen dessen die ersten Simulationen entwickelt werden, die alle Kernprozesse der galaktischen Entwicklung einbeziehen. Diese fortgeschrittenen Modelle beinhalten lebenswichtige interstellare Komponenten, wie zum Beispiel Gas und die kinetische und thermische Energie, die von Sternen abgestrahlt wird, wenn sie bei ihrem Tod als Supernova implodieren. Um die erfolgreichste Modellierung der galaktischen Magnetfeldentwicklung zu erhalten, begann das Team mit einem kleinen Magnetfeld als Anfangszustand für das Modell und überwachte dessen Entwicklung parallel mit der Galaxie. Das wichtigste Ergebnis des Projekts war die Entstehung eines Dynamos (eine Umwandlung von mechanischer Energie in magnetische Energie) in Galaxiesimulationen, die der Milchstraße ähneln . Das nach 2 Milliarden Jahren galaktischer Entwicklung resultierende Magnetfeld besteht aus einer geordneten und einer chaotischen Komponente, sehr ähnlich wie das Magnetfeld der Milchstraße. „Die im interstellaren Medium von Galaxien gemessenen Magnetfelder sind mehr als eine Milliarde mal stärker als das, was unsere Theorien für das frühe Universum vorhersagen. Die Hauptidee ist es, dass die Entwicklung der Galaxie selbst das Magnetfeld verstärkt“, erklärt Ntormousi.
Sternguckerei
Die Forschung wird auch nach dem Ende des Projekts fortgesetzt. Das Team erweitert die Studie nun auf Galaxien unterschiedlicher Massen, was dazu beitragen wird, die Rolle der Dynamik bei der Entstehung eines Dynamos zu verstehen. Mit dem aktuellen Projekt, das an der Scuola Normale Superiore durchgeführt wird, soll untersucht werden, wie sich Magnetfelder entwickelten, als das Universum sehr jung war, in einem, als die Epoche der Reionisation bekannten Zeitraum. „Die Ursprünge des Magnetismus im Universum zählen zu den größten Rätseln der modernen Physik. Da Galaxien die Laboratorien für Magnetfeldentwicklung bilden, bringt uns das Verständnis des galaktischen Magnetfelds einen Schritt weiter, den Ursprung einer der Fundamentalkräfte der Natur zu verstehen“, sagt Ntormousi.
Schlüsselbegriffe
ORIGAMI, magnetisch, galaktisch, Felder, Weltraum, Dynamo, Entwicklung