Die Stärke der Magnetfelder hier auf der Erde, auf der Sonne, im interplanetaren Raum, auf Sternen in unserer Galaxie (der Milchstraße; einige davon sowieso), im interstellaren Medium (ISM) in unserer Galaxie und in der Die ISM anderer Spiralgalaxien (einige davon sowieso) wurden gemessen. Es wurden jedoch keine Messungen der Stärke von Magnetfeldern im Raum zwischen Galaxien (und zwischen Galaxienhaufen; IGM und ICM) durchgeführt.
Bis jetzt.
Aber wen kümmert's? Welche wissenschaftliche Bedeutung hat die Stärke der IGM- und ICM-Magnetfelder?
Schätzungen dieser Felder könnten "einen Hinweis darauf geben, dass es in dem intergalaktischen Medium, das Magnetfelder erzeugt, einen grundlegenden Prozess gab", sagt Ellen Zweibel, eine theoretische Astrophysikerin an der Universität von Wisconsin, Madison. Eine „Top-down“ -Idee ist, dass der gesamte Raum kurz nach dem Urknall - gegen Ende der Inflation, der Urknall-Nukleosynthese oder der Entkopplung von baryonischer Materie und Strahlung - irgendwie mit einem leichten Magnetfeld belassen wurde und dieses Feld an Stärke zunahm als Sterne und Galaxien seine Intensität anhäuften und verstärkten. Eine andere Möglichkeit von unten nach oben besteht darin, dass Magnetfelder anfänglich durch die Bewegung von Plasma in kleinen Objekten im Uruniversum wie Sternen gebildet und dann nach außen in den Raum ausgebreitet werden.
Wie schätzen Sie also die Stärke eines Magnetfelds in zehn oder hundert Millionen Lichtjahren Entfernung in Regionen des Weltraums ein, die weit von Galaxien entfernt sind (viel weniger Galaxienhaufen)? Und wie machen Sie das, wenn Sie erwarten, dass diese Felder viel kleiner als ein NanoGauß (nG) sind, vielleicht so klein wie ein FemtoGauß (fG, was ein Millionstel eines NanoGauß ist)? Welchen Trick kannst du verwenden?
Eine sehr nette, die sich auf die Physik stützt, die in keinem Labor hier auf der Erde direkt getestet wurde und die zu Lebzeiten eines jeden, der dies heute liest, wahrscheinlich nicht so getestet wird - die Erzeugung von Positron-Elektronen-Paaren bei einem hochenergetischen Gammastrahlenphoton kollidiert mit einem Infrarot- oder Mikrowellengerät (dies kann heutzutage in keinem Labor getestet werden, da wir keine Gammastrahlen mit ausreichend hoher Energie erzeugen können, und selbst wenn wir könnten, würden sie so selten mit Infrarotlicht oder Mikrowellen kollidieren Wir müssten Jahrhunderte warten, um zu sehen, wie ein solches Paar produziert wird. Aber Blazare produzieren reichlich TeV-Gammastrahlen, und im intergalaktischen Raum gibt es reichlich Mikrowellenphotonen (das ist der kosmische Mikrowellenhintergrund - CMB!) Und auch Ferninfrarotphotonen.
Nachdem das Positron und das Elektron hergestellt wurden, interagieren sie mit dem CMB, lokalen Magnetfeldern, anderen Elektronen und Positronen usw. (die Details sind ziemlich chaotisch, wurden aber vor einiger Zeit im Grunde genommen ausgearbeitet), mit dem Nettoergebnis, dass Beobachtungen von entfernten, Helle Quellen von TeV-Gammastrahlen können die Stärke des IGM und des ICM, durch die sie wandern, untergrenzen. Mehrere neuere Veröffentlichungen berichten über Ergebnisse solcher Beobachtungen unter Verwendung des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops und des MAGIC-Teleskops.
Wie stark sind diese Magnetfelder? Die verschiedenen Papiere geben unterschiedliche Zahlen an, von mehr als ein paar Zehntel FemtoGauss bis zu mehr als ein paar FemtoGauss.
"Die Tatsache, dass sie Magnetfeldern weit draußen im intergalaktischen Raum eine Untergrenze auferlegt haben, die keiner Galaxie oder Gruppe zugeordnet ist, legt nahe, dass es tatsächlich einen Prozess gab, der im gesamten Universum auf sehr weiten Skalen wirkte", sagt Zweibel. Und dieser Prozess hätte im frühen Universum stattgefunden, nicht lange nach dem Urknall. „Diese Magnetfelder konnten sich in letzter Zeit nicht gebildet haben und müssten sich im Uruniversum gebildet haben“, sagt Ruth Durrer, theoretische Physikerin an der Universität Genf.
Vielleicht haben wir noch ein Fenster in die Physik des frühen Universums; Hurra!
Quellen: Science News, arXiv: 1004.1093, arXiv: 1003.3884
