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