Beck Wissen - Antimaterie - Auf der Suche nach der Gegenwelt

Sterne, als auch energiereiche kurzwellige Strahlung (UV- und Röntgenstrahlung) sind in der Lage, die Moleküle zu ionisieren oder aufzubrechen. Im ersten Fall wird bei einem Wasserstoffatom durch energiereiche Strahlung das Elektron abgespalten, während der positiv geladene Kern, das Proton zurückbleibt. Auch bei Atomen oder Molekülen schwererer Elemente kommt es zur Ionisierung. Dabei kann beispielsweise ein Elektron abgespalten werden, während andere im Verbund bleiben. Der Rest (das Ion) ist dann nicht mehr elektrisch neutral, sondern wegen der überschüssigen Ladung des Kerns elektrisch positiv. Ein solches Gemisch aus Elektronen und positiv geladenen „Restkernen“ von Atomen, in dem außerdem auch vollständig erhaltene Atome und Moleküle vorkommen, d.h. ein mehr oder weniger vollständig ionisiertes Gas, wird in der Physik auch als Plasma bezeichnet. Die Gesetze der Plasmaphysik sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des Universums. Dies folgt allein schon aus der Tatsache, daß die Materie im Innern von Sternen vollständig aus Plasma besteht. Hinzu kommt die universelle Verbreitung der interstellaren Materie, die sich in ständiger Wechselwirkung mit Sternen befindet und deshalb ebenfalls zu einem erheblichen Teil als Plasma vorkommt. Für die nachfolgenden Überlegungen ist es von besonderer Wichtigkeit, sich das Verhalten von Plasma unter dem Einfluß der im Universum stets vorhandenen - wenn auch oft nur sehr schwachen - Magnetfelder vor Augen zu führen.
    Da es sich bei den Bestandteilen des Plasmas um elektrisch geladene Partikel handelt, die über eine ihrer Temperatur entsprechende Geschwindigkeit verfügen, wird ihre Bewegung durch Magnetfelder natürlich beeinflußt. Je nach Stärke des Magnetfeldes und der Bewegungsenergie (Temperatur) der elektrisch geladenen Teilchen beschreiben die Partikel mehr oder weniger große Spiralen. Kennt man die Temperatur des Plasmas und die magnetische Flußdichte, so lassen sich die Bewegungsabläufe berechnen. Eine typische Flußdichte von 10~ 9 Tesla und eine Teilchentemperatur von 10000 K führt z.B. zur Bewegung von Elektronen auf einer Spirale von 6000 m Durchmesser. Protonen würden sich unter diesen Umständen auf Spiralen mit rd. 250 km Durchmesser bewegen. Ein elektrisch neutrales Teilchen hat demgegenüber eine bedeutend größere Bewegungsfreiheit. Zwar kommt es gelegentlich zu Zusammenstößen mit anderen Teilchen des interstellaren Mediums, wodurch dann sowohl Geschwindigkeit als auch Richtung der Bewegung beeinflußt werden, jedoch geschieht dies im Mittel erst nach 10 Milliarden Kilometern. Das ist die durchschnittliche „mittlere freie Weglänge“ eines Teilchens bei einer Plasmadichte von l/cm 3 . Wie man hieraus ersehen kann, wird die Bewegungsfreiheit von elektrisch geladenen Teilchen im Universum durch die Wirkung von Magnetfeldern erheblich eingeschränkt. Da die Magnetfelder wohl kaum eine regelmäßige Struktur aufweisen dürften, vielmehr durch eine variable Stärke und Richtung gekennzeichnet sind, kommt es innerhalb der Felder sogar zu Umkehrungen in der Bewegungsrichtung geladener Teilchen.
    Grundsätzlich gelten dieselben Überlegungen auch für den Raum zwischen den Sternsystemen. Zwar sind die Teilchendichten und Magnetfeldstärken hier noch viel geringer, dafür sind aber auch die Distanzen ungleich größer. Während Sterne innerhalb eines Milchstraßensystems – etwa in Sonnenumgebung -typischerweise einige Lichtjahre voneinander entfernt stehen, betragen die Distanzen zwischen Galaxien einige Millionen Lichtjahre. Die relative Bewegungseinschränkung für geladene Teilchen ist also etwa dieselbe.
    Was bedeutet das? Machen wir den Versuch, einen Strahl elektrisch geladener Teilchen sehr hoher Energie in Richtung auf einen Nachbarstern zu schießen. Die Bewegung der Teilchen ist eingeschränkt. Bei hohen Teilchenenergien beschreiben unsere Partikel enorm große Spiralen. Sie bewegen sich wie in einem Schlauch, der den magnetischen Feldlinien folgt. Doch wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, auf diese Weise den Nachbarstern tatsächlich zu erreichen? Der Stern müßte sich unmittelbar in der Nähe der Bahn unseres Teilchens aufhalten, denn aus dieser kann es nicht heraus. Bei engen Bahnen (geringen Teilchenenergien) besteht somit nur eine geringe Chance, den Stern mit unserem Teilchenstrom tatsächlich zu erreichen. Mit anderen Worten: Das magnetisierte Plasma des interstellaren Mediums verhindert in