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News: Magnetische Streckbank

Magnetfeldlinien lassen sich nicht gerne krümmen. Wer einmal versucht hat, zwei Magneten einander zu nähern, bei denen sich gleiche Pole gegenüberstehen, der wird die Gegenkraft deutlich gespürt haben. Ein Physiker hat nun die Wirkung von Magnetfeldern in Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie berücksichtigt und herausgefunden, dass die Felder offensichtlich der Krümmung des Raumes durch Massen entgegenwirken und ihn glätten.
Viele astronomische Objekte weisen ein Magnetfeld auf. Das der Erde kennt jeder, der schon einmal einen Kompass in der Hand gehalten hat. Auch die Sonne trägt ein solches Feld, wenngleich seine Struktur wesentlich komplizierter als die des irdischen ist. Schließlich ändert es sich laufend und sorgt somit für einen elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität. Nicht zuletzt verfügen auch Neutronensterne über ein besonders starkes Feld – wenig ist jedoch hiervon bekannt. Aber selbst fernab von Sternen und Galaxien können Astronomen magnetische Felder indirekt messen.

"Überall sehen wir Magnetfelder", erzählt Christos Tsahas von der Portsmouth University in Großbritannien. "Wir wissen nicht, was diese Felder hervorruft", ergänzt er, aber da sie fast allgegenwärtig sind, meinen viele Kosmologen, dass sie schon kurz nach dem Urknall entstanden sind. Damals, als das Universum keine Million Jahre alt war, könnten die Felder tausendmal stärker als heute gewesen sein.

Tsagas interessierte sich dafür, wie derart starke Felder die Entwicklung des Universums beeinflussen konnten. Dazu untersuchte er mit den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie ihren Einfluss auf den Raum. Da das Universum kurz nach seiner Geburt vermutlich äußerst symmetrisch war, konnte der Physiker sogar gänzlich auf etwaige Vereinfachungen verzichten und die Gleichungen ohne Näherungen lösen. Er fand heraus, dass die Spannung, die gekrümmten Feldlinien innewohnt, der Krümmung des Raumes entgegenwirkt und diesen glättet. Bislang waren Forscher davon ausgegangen, dass die Felder viel zu schwach wären, als dass so ein Effekt möglich wäre – laut Tsagas Rechnungen ist das hingegen nicht der Fall.

Außerdem gehen viele kosmologischen Modelle davon aus, dass sich das Universum in den ersten 10-30 Sekunden rasend schnell ausdehnte. Den Ergebnissen von Tsagas zufolge sind nun offensichtlich einige dieser Modelle falsch, da Magnetfelder die Inflation teilweise verhindern.

Vielleicht lassen sich die theoretischen Ergebnisse in nicht allzu ferner Zukunft sogar im Experiment nachweisen. Denn zurzeit entstehen weltweit Experimente zur Messung von Gravitationswellen – Erschütterungen der Raumzeit, hervorgerufen beispielsweise durch die enormen Massen eines Schwarzen Lochs. Derartige Wellen sagen Physiker schon seit langem voraus, bislang scheiterte jedoch ihr Nachweis. Sollten nun diese "Gravitationsstrahlung" tatsächlich nachgewiesen werden, so könnte sich herausstellen, dass Magnetfelder im All deren Amplitude signifikant dämpfen – was Tsagas Rechnungen bestätigen würde. Allerdings ist noch unklar, ob sich der Effekt mit den Detektoren der ersten Generation überhaupt nachweisen lässt.

Schließlich könnte die Entdeckung auch bedeutsam für die Beschreibung von Neutronensternen sein. Denn hier existiert sowohl ein äußerst starkes Magnetfeld wie auch eine sehr hohe Massendichte, die für entsprechend starke Raumkrümmung sorgt. Mit dem Zusammenspiel von Krümmung und Feld ließen sich dann in Zukunft einige Eigenschaften der sonderbaren Sternenüberreste besser erklären.

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