Interstellare Wirkungen der Coulomb-Kraft

Autor: Franz Häring, Neutraubling, Deutschland
Datum: 2005-12-04
Rev. 1: 2006-07-02
Rev. 2: 2006-09-03

Abstract

Bei der Berechnung der Wechselwirkung zwischen weit entfernten Objekten im Universum wird meist die Gravitation als einzige relevante Kraft betrachtet. Obwohl die elektrostatische Wechselwirkung dieselbe Abhängigkeit vom Abstand besitzt wie die Gravitation (1/r^2), wird sie vernachlässigt, weil man davon ausgeht, dass alle Materieansammlungen elektrisch neutral sind, also gleiche Mengen an positiven und negativen Ladungen haben. Es genügt aber bereits ein relativer Ladungsüberschuss von 1/10^18, damit der Betrag der elektrostatischen Wechselwirkung dieselbe Größenordnung erreicht wie die Gravitation. Ein solch geringer Unterschied könnte unter bestimmten Voraussetzungen auch dann noch bestehen, wenn ein Großteil von Ladungsinhomogenitäten, die nach dem Urknall entstanden, durch Ladungstransport inzwischen ausgeglichen wäre. Da elektrostatische Wechselwirkungen auch abstoßend wirken können, ergeben sich neue Möglichkeiten der Interpretation experimenteller Daten.

Nach dem Urknall

Bei der Bildung der Makrostruktur des heutigen Universums nach dem Urknall kann zwischen den einzelnen Materieklumpen, die später zu Galaxien oder Galaxienhaufen kondensierten, die elektrische Ladung in einem gewissen Maß ungleichmäßig verteilt worden sein. Da elektrische Ladung an massebehaftete Teilchen gebunden ist, wurde die Inhomogenität durch Massenträgheit mit der Materie verteilt. Der Bewegung der Materie, die mit einer sehr hohen Anfangsgeschwindigkeit nach außen geschleudert wurde, wirkte neben der Gravitationskraft die elektrostatische Kraft entgegen. Die leichtesten Ladungsträger wurden am schnellsten im resultierenden elektrischen Feld beschleunigt und sorgten sicherlich für den Ausgleich eines großen Teils der anfänglichen Inhomogenität. Dass heute noch eine Rest-Inhomogenität von 1/10^18 bestehen kann, ist zumindest denkbar. Einige Plausibilitätsbetrachtungen werden im Folgenden dargestellt.

Freie Ladungsträger

 Es ist nahe liegend, dass frei im Raum bewegliche Ladungsträger zu entgegengesetzt geladenen Gebieten hin angezogen werden und deshalb eventuelle Inhomogenitäten der Ladungsverteilung schon bald nach deren Entstehung ausgeglichen worden sind. Dieser Prozess muss aber quantitativ untersucht werden, um die für einen Ausgleich benötigten Zeiträume abschätzen zu können. Der dynamische Prozess des Ladungsausgleichs ist nicht geradlinig, denn neben der Massenträgheit und der resultierenden Kraft im elektrischen Feld wirkt die Gravitation, die eine ganz andere Richtung haben kann. Ladungsträger, die aus einem geladenen Materiehaufen heraus zu einem entgegengesetzt geladenen Materiehaufen hin beschleunigt werden, bewegen sich deshalb nicht auf einer Geraden darauf zu, sondern auf einer elliptischen Bahn darum herum. Die Ladungen gleichen sich also selbst dann nicht vollständig aus, wenn die freien Ladungsträger schon den Weg zum anziehenden Materiehaufen hin zurückgelegt haben. Der bremsende Effekt der Energieabstrahlung auf Grund der Bahnbeschleunigung verhindert wohl eine dauerhafte elliptische Bahnbewegung und muss quantitativ abgeschätzt werden.

Gebundene Ladungsträger

Wenn die Materie in einer Galaxie zu relativ dichten Aggregatzuständen kondensiert ist, bleiben auch bei einem Nettoüberschuss überzählige Ladungsträger gebunden.

 

Referenzen

Geladene Neutronensterne und schwarze Löcher werden in der folgenden Arbeit von Subharthi Ray; Manuel Malheiro; José P. S. Lemos; Vilson T. Zanchin beschrieben:

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-97332004000200038