Elektrisches Plasma vs. Big Bang

In der etablierten Astrophysik wurden Arps Beobachtungen ignoriert oder als „Illusionen“ und „Zufälle scheinbarer Verortungen“ abgetan. Ihm wurde systematisch Zeit am Teleskop verwehrt und die Veröffentlichung seiner Forschungsergebnisse verweigert. Letztgenannte publizierte er später in seinem Buch „Seeing Red: Redshifts, Cosmology and Academic Science“².

Abb. 2: Kleine Plasmalampe mit Zentralkathode, umgeben von einer kugelförmigen erregten Stromschicht, die von der äußeren Glashülle (der Anode) angezogen wird. Es bilden sich filamentartige Strukturen, wenn sich die Stromschicht durch das Niederdruckmedium in der Lampe

Arp war nicht der einzige mundtot gemachte Kritiker der Urknallkosmologie. Der Physiker Ari Brynjolfsson [1927–2013] postulierte eine intrinsische Rotverschiebung, die auf der Dichte des involvierten Plasmas fußte. Auch er stieß auf taube Ohren.

Das elektrische Plasmauniversum

Die neue Plasmakosmologie basiert größtenteils auf elektromagnetischen Kräften – bis zu 39 Größenordnungen stärker als die Gravitation – und kommt ohne dunkle Materie und dunkle Energie zurecht.

Plasma ist ein Konglomerat geladener Partikeln, die kollektiv auf elektromagnetische Kräfte reagieren. Es unterscheidet sich von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen und gilt als vierter Aggregatzustand der Materie. Plasmen können im Labor hergestellt und erforscht werden; ihre Eigenschaften lassen sich über viele Größenordnungen hinweg nachvollziehen.

Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Alfvén (1908–1995) erhielt den Physik-Nobelpreis für „seine grundlegenden Leistungen und Entdeckungen in der Magnetohydrodynamik mit fruchtbaren Anwendungen in verschiedenen Teilen der Plasmaphysik“. Alfvén war einer der frühesten Fürsprecher des elektrischen Plasmauniversums. Er formulierte als erster, dass magnetische Plasmen jene Röntgen- und Gammastrahlen produzieren, die mit erdumkreisenden Spezialteleskopen ausgemacht wurden. Magnetisierte Plasmen beschleunigen Elektronen aus der Sonne um bis zu 103 Elektronenvolt (eV), was unter anderem die Polarlichter hervorruft. Das Phänomen ist besonders stark, wenn es in Zusammenhang mit Doppelschichten positiver und negativer Ladungen sowie einem mit dem magnetischen Feld gleichgerichteten elektrischen Feld auftritt (siehe unten). Sonneneruptionen produzieren Elektronen mit Energien von 109 bis 1.010 eV. Unter kosmischen Bedingungen sind sogar noch höhere Werte möglich.

Hochenergetische magnetisierte Plasmen emittieren nicht nur Röntgen- und Gamma-, sondern auch Synchrotonstrahlung³, die oft in das Radiospektrum fällt. Daher gibt die Radioastronomie auch Aufschluss über das Plasmauniversum.

Das Universum besteht zu 99,999 Prozent aus Plasma. Es ist eine lebendige Entität, in der elektrische Plasmaströme Masse aufbauen und konzentrieren und Energie über galaktische wie intergalaktische Distanzen hinweg übertragen. Sie bilden Zellen im Raum aus, die von Plasmaschichten und -filamenten⁴ umgeben sind, welche wiederum von elektrochemischen Doppelschichten begrenzt werden. Die Leiterbahnen sind geschlossen, manchmal über sehr große Distanzen hinweg. Plasmen, die sich in einem Teil des Universums relativ zueinander bewegen, können ungeheure Mengen elektrischer Energie produzieren. Diese Energie wird mitunter an Milliarden von Lichtjahre entfernte Orte übertragen und kann dort plötzlich in einer sehr kleinen, lokal begrenzten Region ausbrechen.

Die filamentöse und zellartige Morphologie von Plasmen ist aus Laborversuchen und Beobachtungen im Sonnensystem hinlänglich bekannt (siehe Abb. 2). In den 1980er Jahren stieß man auf unerwartete filamentöse Plasmastrukturen in galaktischen, intergalaktischen und supergalaktischen Größenordnungen.

Feld-parallele Birkeland-Ströme

Entlang der Grenzbereiche zwischen den oben erwähnten Zellen ordnen sich Plasmafilamente und -schichten zu Birkeland-Strömen an, benannt nach dem norwegischen Wissenschaftler Kristian Birkeland (1867–1917). Er leitete zu Beginn des 20. Jahrhunderts her, dass der Elektronenfluss von der Sonne die Polarlichter hervorruft. Im Jahr 1974 wurden magnetische, feld-parallele elektrische (Birkeland-)Ströme erstmals in der irdischen Magnetosphäre entdeckt. Heute schreibt man die Polarlichter der Filamentierung geladener Plasmaschichten zu, die den Magnetfeldlinien der Erde folgen und sich zu Wirbelströmen bündeln.

Birkeland-Ströme treten sowohl in galaktischen als auch intergalaktischen Größenordnungen auf und sind äußerst effektiv darin, Materie anzuhäufen. Anthony Peratt ist Plasmaphysiker am Los Alamos National Laboratory und ein führender Vertreter der Kosmologie eines elektrischen Plasmauniversums. Sowohl er als auch Hannes Alfvén et al. sind der Auffassung, Birkeland-Ströme würden miteinander interagieren, um ganze Galaxiesysteme hervorzubringen.

Birkeland-Ströme in astrophysikalischen Plasmen mit Dimensionen von 102 bis knapp 1.021 Metern bergen Stromstärken zwischen 105 und 1.019 Ampere. Die Länge des gesamten filamentösen Stromkreises mit seinen komplexen Feld- und Strommustern wird auf mehrere hundert Megaparsec⁵ geschätzt. Entlang der Filamente entstehen Galaxien – was erklärt, wieso letztgenannte wie Perlen auf einer Kette in Verbindung miteinander zu stehen scheinen. Sehr viele Galaxien bildeten sich auch entlang der ursprünglichen Plasmazellgrenzen – wir kennen sie als die „Großen Mauern“ und riesigen Galaxieschichten, die bisher beobachtet wurden.

Tatsächlich zeigt eine dreidimensionalen „Karte des Universums“ (Abb. 3) des Virgo Consortium⁶, wie Filamente Galaxien und Galaxiemauern aufreihen und dabei innere Zellen derart einschnüren, wie es die Pioniere der elektrischen Plasmakosmologie vor über 35 Jahren vorhergesagt haben. Der angedachte Zweck der Karte des Modelluniversums war allerdings, die besondere Verteilung dunkler Materie und Energie zu illustrieren.