CERN-Durchbruch: Labor-Nachbildung von Blazar-Plasma stützt Theorie des reliktischen Magnetfelds im Universum

Ein bedeutender Fortschritt in der Laborastrophysik ist einer internationalen Forschergruppe unter der Leitung von Experten der Oxford University gelungen: Erstmals konnten sie unter kontrollierten Bedingungen Plasma-„Feuerbälle“ nachbilden. Dieser wegweisende Versuch fand am Super Proton Synchrotron Beschleuniger des CERN statt. Das primäre Ziel war es, die Stabilität der von Blazaren ausgehenden Teilchenströme zu untersuchen und Licht in zwei zentrale kosmische Rätsel zu bringen: das ungeklärte Defizit an Gammastrahlen und die Frage nach der Existenz verborgener magnetischer Felder im Kosmos. Die wissenschaftlichen Ergebnisse dieser Forschung wurden am 3. November 2025 in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Die innovative Kernidee der Arbeit bestand darin, die durch Blazare ausgelösten Paarkaskaden zu modellieren, um Hypothesen über die Beschaffenheit intergalaktischer Felder empirisch zu überprüfen. Für die Erzeugung von Elektron-Positron-Paaren nutzten die Wissenschaftler, zu denen Professor Gianluca Gregori, Professor Bob Bingham von der STFC Central Laser Facility und Professor Subir Sarkar gehörten, die HiRadMat-Anlage. Diese Paare wurden anschließend durch eine ein Meter lange Zone geleitet, die mit umgebendem Plasma gefüllt war. Dadurch wurde die Ausbreitung der Blazar-Strahlung durch das intergalaktische Medium simuliert.

Im Zentrum der experimentellen Fragestellung stand das rätselhafte Fehlen von Gammastrahlen im Giga-Elektronenvolt-Bereich (GeV). Theoretische Berechnungen legen nahe, dass diese Strahlen aus Kaskaden von energiereicheren Tera-Elektronenvolt-Strahlen (TeV) entstehen müssten, die von Blazaren emittiert werden. Es gab primär zwei Erklärungsansätze für dieses Defizit: Entweder werden die Strahlen durch extrem schwache intergalaktische Magnetfelder abgelenkt, oder es tritt eine spontane Instabilität in den Teilchenstrahlen selbst auf, welche streuende Magnetfelder erzeugt. Die Auswertung des Strahlprofils und der magnetischen Signaturen lieferte ein entscheidendes Ergebnis: Der Paarstrahl blieb erstaunlich schmal und nahezu parallel. Dies deutet darauf hin, dass die Selbstwechselwirkung oder die Erzeugung eigener Magnetfelder minimal war.

Wenn dieses Resultat auf kosmische Dimensionen übertragen wird, legt es überzeugend nahe, dass die Instabilitäten zwischen Strahl und Plasma zu geringfügig sind, um das festgestellte Defizit an GeV-Gammastrahlen zu erklären. Folglich untermauert diese Beobachtung die These, dass der intergalaktische Raum bereits von einem Magnetfeld durchdrungen ist – einem Feld, das wahrscheinlich aus der frühesten Epoche des Universums stammt, einem sogenannten Reliktfeld. Dieser methodische Erfolg, der extreme kosmische Phänomene in ein irdisches Labor verlagert, ermöglicht die empirische Überprüfung spekulativer Modelle. Indem das Experiment jedoch eine Hypothese ausschließt, vertieft es das Rätsel, wie genau dieses primäre Magnetfeld im frühen Universum „gesät“ wurde. Die Forscher vermuten, dass die Beantwortung dieser Frage möglicherweise eine Überarbeitung der Physik jenseits des Standardmodells erfordert.