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Nachricht aus dem Himmel - Verborgene magnetische Signale

22.01.2015 - (idw) Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Geologen der Universität Cambridge haben an BESSY II bislang verborgene magnetische Signale in Meteoriten entdeckt, die Zeugnis von Magnetfeldern während der frühen Phase des Sonnensystems ablegen.

Das Team um Dr. Richard Harrison hat an BESSY II winzige Partikel in Meteoriten identifiziert, die während der frühen Phase des Sonnensystems magnetisch ausgerichtet worden sind. Bislang ging die Forschung davon aus, dass Meteoriten keine magnetischen Spuren aus der Frühzeit des Sonnensystems mehr aufweisen, da ihre magnetischen Domänen sich leicht neu ausrichten und daher im Lauf ihrer dramatischen Geschichte mehrfach überschrieben worden sein dürften. Die magnetische Orientierung der von Harrison entdeckten Nanopartikel ist dagegen extrem stabil. Harrison und sein Team konnten diese winzigen Weltraummagnete mit Hilfe von zirkular polarisiertem Röntgenlicht an BESSY II kartieren. Ihre Ergebnisse sind nun in Nature veröffentlicht.

Meteoriten haben schon eine lange, bewegte Geschichte hinter sich, bevor sie auf die Erde gefallen sind: Sie sind Bruchstücke von Asteroiden, die vor rund viereinhalb Milliarden Jahren mit dem Sonnensystem entstanden sind. Viele dieser Himmelskörper heizten sich damals durch radioaktiven Zerfall auf, so dass in ihrem Inneren metallische Schmelzen durch Konvektion magnetische Felder erzeugten, so wie es heute noch die Erde tut. Im Lauf der Äonen kühlten die Schmelzen in den kleinen Himmelskörpern jedoch ab, so dass die Konvektion zum Erliegen kam.

Immer wieder stoßen Asteroiden zusammen und zerbrechen; manche Bruchstücke fallen als Meteoriten auf die Erde, so dass Wissenschaftler sie näher untersuchen können. Meteoriten sind wie natürliche Festplatten, sie haben das magnetische Feld aus der Frühzeit des Asteroiden noch gespeichert, glaubt Dr. Richard Harrison. Der Geologe der Universität Cambridge arbeitet an Methoden, um diese tief im Gestein verborgenen Informationen zu entschlüsseln. Nun kann er erste Ergebnisse vorstellen.

Bis dahin war es unklar, ob eisenhaltige Meteoriten überhaupt noch magnetische Informationen aus der frühen Phase des Sonnensystems enthalten können. Zwar fand man große magnetische Domänen, diese ließen sich aber leicht durch neue Magnetfelder überschreiben. Die Wahrscheinlichkeit, dass diese Regionen daher noch nützliche Information über die frühen Magnetfelder des Sonnensystems enthalten könnte, galt daher als extrem gering.

Harrison schaute jedoch genauer hin: An der PEEM-Beamline von BESSY II am Helmholtz-Zentrum Berlin fanden er und sein Doktorand James Bryson dramatische Variationen in den magnetischen Eigenschaften, als sie ihre Proben gründlich untersuchten. Sie beobachteten nicht nur Regionen mit größeren beweglichen magnetischen Domänen, sondern identifizierten auch eine ungewöhnliche Region, die so genannte Wolkenzone, die aus tausenden winziger Nanopartikeln aus Tetratenat bestand, einem superharten magnetischen Material.
Diese Partikel mit Durchmessern von 50 bis 100 Nanometern besitzen eine magnetische Orientierung, die sich überhaupt nicht verändert. Die Magnetisierung erscheint auf den ersten Blick chaotisch, aber nur hier können wir Informationen über die früher vorherrschenden Magnetfelder finden, erklärt Bryson.

Die PEEM-Beamline bietet Röntgenlicht mit exakt definierter Energie und und das ist entscheidend zirkularer Polarisierung. Dies ermöglicht es, die sehr schwachen magnetischen Signale präzise zu messen und mit hoher Auflösung zu kartieren und zwar ohne sie durch die Messung zu verändern.

Die neue Technik, die wir entwickelt haben, bietet einen Weg, um aus diesen Bildern echte Informationen zu gewinnen. Nun können wir erstmals paläomagnetische Messungen von sehr kleinen Regionen dieser Himmelsgesteine durchführen und zwar mit der besten Auflösung, die jemals erreicht wurde, sagt Harrison.

Dem Team um Harrison gelang es, aus der räumliche Variation der magnetischen Signale in der Wolkenzone die Geschichte der magnetischen Aktivität des Muttergesteins also des Asteroiden, von dem der Meteorit einst stammte zu rekonstruieren. Sie konnten sogar bestimmen, wann die metallische Schmelze im Inneren des Asteroiden sich verfestigte und die Konvektion stoppte.

Diese neuen Messungen könnten viele offene Fragen beantworten, die sich zur Lebensdauer und Stabilität von magnetischen Feldern in Himmelskörpern stellen. Die Daten, die das Team mit Hilfe von Computersimulationen interpretiert, weisen darauf hin, dass das Magnetfeld eher durch Überlagerung von Konvektionsströmen als durch rein thermische Strömungen erzeugt wurde. Solche Ergebnisse ermöglichen vielleicht auch eine Vorschau auf das Schicksal des Erdmagnetfelds in ferner Zukunft, wenn die Konvektion im Inneren der Erde zum Erliegen kommt.

'Long-lived magnetism from solidification-driven convection on the pallasite parent body', Nature on 22 January 2015.

Anmerkung:
Dr. Harrison twittert unter: @nanopalaeomagnetism
Doktorandin Claire Nichols bloggt: http://tinyspacemagnets.blogspot.de/


Kontakt:

Dr. Richard Harrison
Universität Cambridge
Tel. +44 (0) 1223-333380
rjh40@esc.cam.ac.uk

Dr. Florian Kronast
Abteilung für Magnetisierungsdynamik
Tel.: +49 30 8062-14620
florian.kronast@helmholtz-berlin.de

Pressestelle HZB
Dr. Antonia Rötger
Tel.: +49 30 8062-43733
antonia.roetger@helmholtz-berlin.de Weitere Informationen:http://www.helmholtz-berlin.de Anhang
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