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Wissenschaftler der University of California, die am Los Alamos National Laboratory arbeiten, haben eine neue Theorie vorgeschlagen, um die Bewegung riesiger Energiefelder in riesigen Radiogalaxien (GRGs) zu erklären. Die Theorie könnte die Grundlage für ein völlig neues Verständnis der Art und Weise sein, wie sich kosmische Strahlen - und ihre charakteristischen Radiowellen - ausbreiten und durch den intergalaktischen Raum wandern.
In einem Artikel, der diesen Monat in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, erklären die Wissenschaftler, wie die Wiederverbindung von Magnetfeldern für die Beschleunigung relativistischer Elektronen in großen intergalaktischen Volumina verantwortlich sein kann. Das heißt, die Bewegung geladener Teilchen im Raum, die ursprünglich von massiven Schwarzen Löchern angeregt wurden.
"Wenn unser Verständnis dieses Prozesses richtig ist", sagt der Astrophysiker Philipp Kronberg von Los Alamos, "könnte dies ein Paradigmenwechsel im gegenwärtigen Denken über die Natur von GRGs und kosmischen Strahlen sein."
Die Forscher verstehen immer noch nicht vollständig, warum eine Magnetfeldwiederverbindung stattfindet, aber so viel ist bekannt: Ein tieferes Verständnis des Mechanismus könnte hier auf der Erde wichtige Anwendungen haben, beispielsweise die Schaffung eines Systems zur magnetischen Begrenzung für Fusionsenergiereaktoren.
Wenn die Theorie der Los Alamos-Wissenschaftler richtig ist, hat die Entdeckung auch weitreichende astrophysikalische Konsequenzen. Dies impliziert, dass die Wiederverbindung von Magnetfeldern oder ein anderer hocheffizienter Energieumwandlungsprozess von Feld zu Teilchen eine Hauptquelle für alle extragalaktischen Radioquellen und möglicherweise auch für die mysteriösen „Ultra High Energy Cosmic Ray-Teilchen“ sein könnte.
Riesige Radiogalaxien sind riesige Himmelsobjekte, die ein Kontinuum von Radiowellenlängen aussenden, die mit Radioteleskopen wie dem Very Large Array in Socorro, New Mexico, nachweisbar sind. Mit umfassenden Daten zu sieben der größten Radiogalaxien im Universum, die in den letzten zwei Jahrzehnten gesammelt wurden Die Forscher konnten kosmische Strahlungsenergiefelder untersuchen, die aus den GRG-Zentren - von denen fast sicher ist, dass sie supermassereiche Schwarze Löcher enthalten - bis zu einigen Millionen Lichtjahren nach außen in den intergalaktischen Raum (1 Lichtjahr = 5.900.000.000.000 Meilen) ausgestoßen werden.
Die Forscher von Los Alamos kamen zu dem Schluss, dass der hohe Energiegehalt dieser riesigen Radiogalaxien, ihre groß geordneten Magnetfeldstrukturen, das Fehlen starker großräumiger Schocks und sehr niedrige interne Gasdichten auf eine direkte und effiziente Umwandlung des Magnetfelds hindeuten Teilchenenergie in einem Prozess, den Astrophysiker als Magnetfeld-Wiederverbindung bezeichnen. Die Wiederverbindung von Magnetfeldern ist ein Prozess, bei dem sich die Linien eines Magnetfelds verbinden und verschwinden und die Energie des Feldes in Teilchenenergie umwandeln. Die Wiederverbindung wird als Schlüsselprozess in der Sonnenkorona für die Erzeugung von Sonneneruptionen und in Fusionsversuchsgeräten, sogenannten Tokamaks, angesehen. Es tritt auch in der Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und dem Erdmagnetfeld auf und wird als Hauptursache für magnetosphärische Stürme angesehen.
Die Forschung ergab, dass die Messung des Gesamtenergiegehalts von mindestens einer dieser riesigen Radiogalaxien - von der angenommen wird, dass sie in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch mit einer Masse aufweist, die dem 100-Millionen-fachen unserer Sonne entspricht - 10 61 Erg betrug. Ergs sind ein Maß für die Energie, wobei ein Erg die Energiemenge ist, die benötigt wird, um ein Gramm Gewicht über einen Abstand von einem Zentimeter zu heben. Dieses Energieniveau von 10 61 Erg ist um ein Vielfaches höher als die thermonukleare Energie, die von allen Sternen in einer Galaxie freigesetzt werden könnte, was den Forschern einen wesentlichen Beweis dafür liefert, dass die Quelle der gemessenen Energie keine typische Sonnenfusion oder gar Supernovae sein könnte.
Neben dem hohen Energiegehalt führten die große, geordnete Struktur des Magnetfelds und das Fehlen starker großräumiger Schocks - wie sie bei einer Supernova-Explosion auftreten könnten - zu der Annahme, dass der Prozess der Wiederverbindung des Magnetfelds ist bei der Arbeit.
Neben Kronberg ist die Theorie das Ergebnis von Arbeiten der Los Alamos-Wissenschaftler Stirling Colgate, Hui Li und Quentin Dufton. Die Forschung wurde aus Mitteln des Los Alamos Laboratory-Directed Research and Development (LDRD) finanziert. Das LDRD finanziert Grundlagenforschung und angewandte Forschung und Entwicklung mit Schwerpunkt auf kreativen Konzepten, die nach Ermessen des Laborleiters ausgewählt werden.
Das Los Alamos National Laboratory wird von der University of California für die National Nuclear Security Administration (NNSA) des US-Energieministeriums betrieben und arbeitet mit den nationalen Laboratorien Sandia und Lawrence Livermore der NNSA zusammen, um die NNSA bei ihrer Mission zu unterstützen.
Los Alamos erhöht die globale Sicherheit, indem es Sicherheit und Vertrauen in den US-Atomvorrat gewährleistet, Technologien entwickelt, um die Bedrohung durch Massenvernichtungswaffen zu verringern und das Erbe des Kalten Krieges in Bezug auf Umwelt und Nuklearmaterial zu verbessern. Die Fähigkeiten von Los Alamos unterstützen die Nation bei der Bewältigung von Energie-, Umwelt-, Infrastruktur- und biologischen Sicherheitsproblemen.
Originalquelle: Pressemitteilung des Los Alamos National Laboratory
