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Seit mehr als 20 Jahren untersuchen Wissenschaftler des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie Magnetfelder in fernen Milchstraßensystemen und in unserer eigenen Milchstraße. Jetzt ist ihnen eine wichtige Entdeckung gelungen, die den Ursprung der Magnetfelder aufklären könnte.

Magnetfelder im Kosmos lassen sich am besten durch Radiowellen nachweisen. Die von Radioteleskopen aufgefangene Strahlung stammt zum größten Teil von Elektronen der kosmischen Strahlung, die von Magnetfeldern auf Spiralbahnen gezwungen werden und dabei Radiowellen aussenden. Die Stärke der Radiostrahlung hängt dabei von der Stärke der Magnetfelder ab. Sind die Magnetfeldlinien einheitlich ausgerichtet, so ist die Radiostrahlung hoch polarisiert.

Das auf der Erde empfindlichste Instrument zum Nachweis polarisierter Radiostrahlung ist der 100-m-Radiospiegel bei Bad Münstereifel-Effelsberg, das größte voll bewegliche Teleskop der Welt. Mit diesem Gerät der Superlative haben die Wissenschaftler des Bonner Max-Planck-Institutes für Radioastronomie schon nahezu alle Milchstraßensysteme (Galaxien) im einem Umkreis von etwa 30 Millionen Lichtjahren beobachtet und dabei herausgefunden, daß Magnetfelder in fast allen Galaxien vorkommen. Obwohl die galaktischen Feldstärken nur rund ein Hunderttausendstel Gauss betragen (das irdische Magnetfeld hat, zum Vergleich, eine mittlere Stärke von einem halben Gauss), ist die gespeicherte Energie vergleichbar mit der des Gases und der Strahlung. Magnetfelder erfüllen die gesamten Sternsysteme und bilden dabei spiralförmige Muster über mehrere Zehntausend Lichtjahre hinweg, ähnlich den Dichtewellen des Gases, die als Spiralarme auf optischen Aufnahmen zu sehen sind.

Fast die gesamte im Weltall sichtbare Materie ist elektrisch geladen, so daß Bewegungen Magnetfelder erzeugen und Bewegungen durch vorhandene Magnetfelder beeinflußt werden. Bei der Bildung neuer Sterne und Planeten sind Magnetfelder unverzichtbar, da sie das Kollabieren von Gaswolken ermöglichen. Auch bei der Entstehung und Entwicklung der Galaxien spielen Magnetfelder eine wichtige Rolle. Radioastronomen aus Kanada und den USA entdeckten vor einigen Jahren, daß weit entfernte Galaxien, die erst wenige Milliarden Jahre alt sind, bereits starke Magnetfelder besitzen.

In Zusammenarbeit mit zwei Gruppen von Wissenschaftlern am Astrophysikalischen Institut in Potsdam und an der Staatsuniversität Moskau entwickelten die Bonner Beobachter Modelle zur Entstehung der Magnetfelder nach dem Dynamo-Prinzip, das auf Werner von Siemens zurückgeht. Danach stammt die Energie zum Aufbau der Magnetfelder aus der allgemeinen Rotationsbewegung einer Galaxie, und die beobachteten Muster ergeben sich aus einem Zusammenwirken turbulenter Bewegungen von Gaswolken mit der Rotation. Eine Galaxie ist ein sich selbst organisierendes System und schafft Ordnung aus dem Chaos. Wie sich Spiralarme auf Magnetfelder auswirken, konnte aber nicht geklärt werden.

In der Fachzeitschrift Nature vom 4. Januar 1996 berichten Rainer Beck und Philipp Hoernes vom MPI Bonn über die Entdeckung neuartiger magnetischer Spiralarme in der Galaxie NGC 6946 in rund 30 Millionen Lichtjahren Entfernung. Diese magnetischen Arme sind viel regelmäßiger als die zerfransten optischen Spiralarme. Die Radioarme erstrecken sich über einen Winkel von rund 10 Bogenminuten am Himmel, immerhin ein Drittel des scheinbaren Monddurchmessers. Im normalen Licht ist die Galaxie NGC 6946 dagegen selbst in großen Fernrohren kaum zu sehen, denn sie befindet sich hinter einem Vorhang aus Sternen und Staub unserer eigenen Milchstraße.

Entscheidend für diese Entdeckung war die Kombination von hochempfindlichen Beobachtungen am Radioteleskop Effelsberg mit hochauflösenden Daten des Radio-Interferometers Very Large Array (VLA) in der Wüste von Neumexiko (USA). Trotz seiner enormen Größe erreicht der Effelsberger Spiegel bei einigen Zentimetern Wellenlänge gerade die Winkelauflösung des bloßen menschlichen Auges, wenn auch mit unvorstellbar höherer Empfindlichkeit. Das VLA-Interferometer besteht dagegen aus 27 Einzelspiegel von je 20 Metern Durchmesser auf drei Y-förmigen Schienen, die es erlauben, die Spiegel jedes Armes bis zu 21 Kilometer weit auseinanderzufahren. Damit erhält man ein Zoom-Teleskop für den Radiobereich. In der Galaxie NGC 6946 erreichten Beck & Hoernes eine Winkelauflösung von 12 Bogensekunden, was rund 1000 Lichtjahren entspricht. Die Daten beider Teleskope lieferten das schärfste und zugleich empfindlichste Magnetbild, das je von einer Spiralgalaxie gelang.

Die großräumige Symmetrie der magnetischen Arme ist ein entscheidender Hinweis auf einen global arbeitenden Dynamo. Da die Magnetfeldlinien fast genau zwischen den im Optischen sichtbaren Armen verlaufen, schließen die Autoren, daß es eine enge Beziehung zwischen dem Spiralmuster und den Magnetfeldern gibt, und zwar durch eine Art von Resonanz zwischen den Dichtewellen des Gases und der Dynamo-Welle des Magnetfeldes.

Überraschend ist, daß die magnetischen Arme fast genau zwischen den optischen Spiralarmen liegen, also in Gebieten geringster Gasdichte. Es gibt Hinweise, daß sich dieses Phänomen nicht auf NGC 6946 beschränkt, sondern auch in anderen Galaxien auftritt und damit vielleicht der Schlüssel zum Verständnis galaktischer Magnetfelder ist.

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