Der Einfluss von Magnetfeldern auf die Sternentstehung

Anders als zunächst angenommen spielen Magnetfelder eine tragende Rolle bei der Sternentstehung – sie beeinflussen die Geburt von Sternen in mehreren Aspekten.

Das Sternentstehungsgebiet rund um das Doppelstern-System Rho Ophiucus | Foto: Rogelio Bernal Andreo
Das Sternentstehungsgebiet rund um das Doppelstern-System Rho Ophiucus | Foto: Rogelio Bernal Andreo

Die Anwesenheit eines Magnetfeldes innerhalb einer Molekülwolke hat eine große Tragweite. Auf der einen Seite behindern Magnetfelder den Kollaps der Molekülwolke zunächst, auf der anderen Seite greifen sie jedoch der Entstehung von Sternen unter die Arme.

Magnetischer Druck behindert den Kollaps

Im Normalfall liegt ein Teil des Wolkengases nicht in Form von elektrisch neutralen Atomen, sondern als geladene Teilchen vor. Diese sogenannten Ionen sind stark an das umgebende Magnetfeld gekoppelt und können sich nicht mehr frei im Raum bewegen.

Kollabiert nun ein Teil der Gaswolke bzw. ein Wolkenkern, kontrahiert mit ihr das Magnetfeld. Die Kopplung des Gases an das Magnetfeld führt dazu, dass das Magnetfeld beim Kollaps der Wolke zusammengepresst wird. Die Feldliniendichte erhöht sich dabei deutlich.

Erzeugung eines magnetischen Drucks in einer Gaswolke
Kollabiert eine Gaswolke, wird auch das Magnetfeld komprimiert und erzeugt einen magnetischen Druck.

Das Resultat der hohen Feldliniendichte ist ein magnetischer Druck, der die Ionen im äußeren Bereich der Gaswolke daran hindert, sich zu verdichten.

Der magnetische Druck wirkt also dem weiteren Kollaps der Gaswolke entgegen.

Dass es trotzdem eine gravitativ bedingte Verdichtung des Gases geben kann, liegt daran, dass nicht das gesamte Gas elektrisch geladen ist. Durch ambipolare Diffusion trennen sich ungeladene von geladenen Teilchen und können kollabieren.

Erst die Rekombination der Ladungsträger ermöglicht eine Fortsetzung des Einsturzes. Bei diesem Vorgang fängt sich ein positiv geladenes Ion ein negativ geladenes Elektron ein. Es wird elektrisch neutral, womit die Kopplung an das Magnetfeld aufgelöst wird.

Der positive Einfluss

Trotz dieser blockierenden Wirkung bringt die Anwesenheit eines Magnetfeldes auch Effekte mit sich, die den Wolkenkollaps begünstigen.

Die Gaswolke rotiert zu diesem Zeitpunkt und weist einen Drehimpuls auf.

Die Ladungsträger bewegen sich senkrecht zu den Magnetfeldlinien (hier wirkt die Lorentzkraft am stärksten). Bei einer rotierenden Bewegung der Ladungsträger wird das Magnetfeld schraubenförmig aufgewickelt, denn die starke Kopplung zwischen den geladenen Teilchen und dem Magnetfeld ist nach wie vor vorhanden.

Aufgrund der Drehimpulserhaltung müsste die Rotationsgeschwindigkeit der Gaswolke eigentlich zunehmen, wenn sie kontrahiert: Um den Drehimpuls erhalten zu können, muss bei kleiner werdendem Radius die Geschwindigkeit größer werden.

Durch das "Aufwickeln" des Magnetfeldes kommt es jedoch zu einer Dehnung der Magnetfeldlinien, die eine Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit verhindert. Wegen dieser Dehnung, die gegen die Rotation wirkt, bleibt die Rotationsgeschwindigkeit der Gaswolke quasi unverändert.

Würde die Rotationsgeschwindigkeit weiter zunehmen, würde die nach außen wirkende Zentrifugalkraft der nach innen wirkenden Gravitationskraft entgegenwirken. Ein Kollaps der Gaswolke wäre damit nicht möglich.

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