Magnetische Flussröhren in Galaxien

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Die Parker-Instabilität beschreibt das in-
Zum Nachdenken
stabile Verhalten des magnetostatischen
Magnetische Flussröhren in Galaxien
laren Gas mit seinem magnetischen Feld
V
Gleichgewichts zwischen dem interstelund dem vertikalen Anteil des Gravita­
tionsfelds der Galaxis.
Magnetische Flussröhren
on der Sonne sind magnetische
konstante (1 N  1 kg m s–2). Herrscht
Derartige Strukturen sind auf der Sonne
Flussröhren seit Langem bekannt.
also Druckgleichgewicht, so muss der
wohlbekannt, wurden aber noch nie zuvor
Der Nachweis dieser Gebilde mit ei-
Gasdruck im Inneren der Röhre klei-
in einer Galaxie gefunden. Die Magnet-
nem räumlich begrenzten, schlauch-
ner sein als im ungebenden interstel-
feldstärke von etwa 5 Mikrogauss (0,5 Na-
förmigen Magnetfeld in fernen Gala-
laren Medium. Eine magnetische Fluss-
notesla) reicht aus, um die Bewegung des
xien ist eine erstaunliche Entdeckung.
Gases im Spiralarm der Galaxie beeinflus-
Nach Anzeichen für eine magnetische
röhre in einem Sonnenfleck habe eine Magnetfeldstärke BS  0,1 T (1 T 
Schleife in M 31 ist nun auch in IC 342
1 kg A–1 s–2). Um wieviel kleiner, DpS, ist
von Spiralarmen könnten Magnetfelder
eine entdeckt worden. Diese Flussröh-
der innere Gasdruck?
eine wichtige Rolle spielen.
Die neuen Beobachtungen geben auch
tenden Medium bei Anwesenheit ei-
Aufgabe 2: IC 342 zeigt typischerwei-
Hinweise auf einen weiteren Baustein bei
nes Magnetfelds ausbilden. In ihnen
se ein gerichtetes Magnetfeld von
der Entwicklung von Galaxien, nämlich
ren können sich in einem elektrisch lei-
10–4
sen zu können. Auch bei der Entstehung
herrscht ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Gasdruck pG und dem mag­
BIC342  5 mGs (1 Gs 
T). Wie ver-
den leuchtkräftigen Zentralbereich, in dem
hält es sich hier mit der Druckdifferenz
sich ein sehr massereiches Schwarzes Loch
ne­ti­schen Druck pM der Röhre. Wäh-
DpIC342?
verbergen könnte, wie im Zentralgebiet
rend jedoch der Gasdruck isotrop wirkt,
von IC 342 und im Milchstraßensystem. Die
Aufgabe 3: Solange das Magnetfeld die
Mag­net­feld­li­nien im inneren Bereich von
das beim magnetischen Druck nicht so.
Bewegung des Gases in der Flussröh-
IC 342 (siehe Grafik S. 16) verlaufen in Rich-
Er wirkt nur senkrecht zur Feldrichtung
re bestimmt, gilt: pi  pM. Angenom-
tung des Ga­la­xien­zen­trums und können
und verschwindet in der Richtung par-
men, es sei pi  ri k TG/mH  0,001 pM,
damit eine nach innen gerichtete Gasströ-
allel zu den Feldlinien.
wie groß ist dann die Temperatur TG
mung bewirken sowie die hohe Sternent-
des Gases in der Röhre? Gasdichte: ri 
stehungsrate dort aufrecht erhalten.
also in alle Richtungen gleichförmig, ist
Aufgabe 1: Eine magnetische Flussröh-
10–24 g/cm3, Boltzmann-Kon­stan­te: k 
re unterliegt einem äußeren Druck pa
1,3806 10 –23 J/K, Masse eines Wasser-
Rainer Beck forscht am Max-Planck-Insti-
durch das äußere Gas und einem in-
stoffatoms: mH  1,67  10–27 kg. AMQ
tut für Radioastronomie über Galaxien und
ist Gründungsmitglied der internationalen
neren Druck, der vom Druck des eingeschlossenen Gases pi und dem mag-
Ihre Lösungen senden Sie bitte bis zum
Arbeitsgruppen zur Erforschung des kosmi-
netischen Druck pM aufgebaut wird. Im
11. Dezember 2015 an: Redak­tion SuW –
schen Magnetismus mit den Radioteleskopen
Gleichgewicht gilt daher: pa  pi  pM.
Zum Nach­denken, Haus der As­tro­no­mie,
LOFAR und SKA.
Dabei ist der magnetische Druck gegeben durch pM  1/2 B2/m0, wobei B die
Magnetfelstärke darstellt und m0 
MPIA-Campus, Kö­nigstuhl 17, D-69117
4 p  10–7 N/A2 die magnetische Feld-
Hei­­del­berg. Fax: 06221 528377.
Einmal im Jahr werden unter den erfolg­­
reichen Lösern Preise verlost: siehe S. 109
feldern mit zusammen etwa 0,330,3 Grad
sich eine Karte der Faraday-Rotation be­
Größe und etwa 24 Stunden Messzeit. Kar-
rech­nen. Der Drehwinkel ist ein Maß für die
ten der beiden Teleskope Effelsberg und
Stärke des Magnetfelds entlang der Sicht­li­
VLA wurden dann kombiniert, um die Magnetfeldstrukturen auf unterschiedlichen
nie. Zusammen mit der polarisierten Strahlung, welche die Projektion des Mag­net­
Winkelskalen gleichzeitig zu erfassen (sie-
felds in der Himmelsebene zeigt, folgt dar-
he Bild S. 16). Das geordnete Magnetfeld
aus die dreidimensionale Feldstruktur.
ist in langen Filamenten überwiegend ent-
Eine riesige schraubenförmig verdrill-
lang der optischen Spiralarme dieser Ga-
te Magnetfeldschleife verläuft entlang des
laxie ausgerichtet. Allerdings treten star-
nördlichen Hauptspiralarms in IC 342, wo-
ke Magnetfelder auch zwischen den Spi-
bei eine Schraubenumdrehung die Länge
ralarmen auf. Wie der Dynamo dort effek-
von etwa 14 000 Lichtjahren hat (siehe Gra-
tiv arbeiten kann, wird zurzeit lebhaft dis-
fik S. 17 unten). Ursache ist vermutlich die
kutiert.
Durch Vergleich mit den VLA-Messun-
so genannte Parker-Instabilität einer Mag­
gen bei der Wellenlänge 3,6 Zentimeter ließ
N. Parker von der Universität von Chicago.
18
Dezember 2015
netfeldschleife, vorhergesagt von Eugene
Literaturhinweise
Beck, R.: Magnetic Fields in the Nearby
Spiral Galaxy IC 342: A Multi-frequency
Radio Polarization Study. In: Astronomy
and Astrophysics 578, A93, 2015
Beck, R.: Das Square Kilometre Array –
Ein Radioteleskop der Superlative. In:
Sterne und Weltraum 9/2006, S. 22 – 33
Wielebinski, R. et al: Radioteleskop
Effels­berg – Vier Jahrzehnte Astronomie
mit dem 100-Meter-Riesen. In: Sterne
und Weltraum 9/2012, S. 36 – 45
Zum Herunterladen –
Die neuen Radiokarten
von IC 342 und anderen
Spiralgalaxien: http://
www.mpifr-bonn.mpg.
de/atlasmag
Sterne und Weltraum
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