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PHYSIK
Die Materie im Inneren von Gasriesen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Jena
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27. Januar 2012

Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems und wird schon seit der Antike beobachtet. Doch was sich im Inneren solcher Gasplaneten abspielt, ist bisher weitgehend unbekannt. Wichtige neue Erkenntnisse über diese Gasriesen könnte jetzt ein Experiment mit einem wenige Mikrometer großen Aluminiumstück liefern.

Jupiter

Welche Eigenschaften hat die Materie im Inneren von Gasriesen wie Jupiter? Mit Experimenten hoffen Forscher, dieses Rätsel lösen zu können. Bild: NASA / JPL / Space Science Institute

In der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature berichtet eine internationale Forschergruppe über ein Experiment, das auch neue Informationen über das Innere von Gasriesen wie Jupiter liefern könnte. Erstmals ist es nämlich gelungen, mit einem intensiven Röntgenpuls einen Festkörper anzuregen, ihn also vom festen direkt in den plasmaförmigen Aggregatzustand zu befördern. Für ihre Untersuchungen nutzten die Wissenschaftler die Linac Coherent Light Source (LCLS) im amerikanischen Stanford, den derzeit weltgrößten Röntgen-Freie-Elektronen-Laser.

"Bei der Umwandlung der Aluminiumprobe entstand sogenannte heiße dichte Materie - der Stoff aus dem Gasplaneten zu einem großen Teil bestehen", erklärt der Physiker Dr. Ulf Zastrau von der Friedrich-Schiller-Universität Jena, der auch an dem Projekt beteiligt war. "Er kommt auf der Erde selbst nicht vor und lässt sich auch nur sehr schwer künstlich herstellen." Selbst bei dem Experiment mit der LCLS bestand die heiße dichte Materie nur für wenige Augenblicke, bevor sie verdampfte.

Dies war allerdings lange genug für die Forscher aus den USA, Großbritannien, Deutschland, Österreich und Tschechien, um Untersuchungen anzustellen, deren Auswertungen sie noch über Jahre beschäftigen werden. Erste Resultate gibt es allerdings schon und diese betreffen vor allem den Entstehungsprozess der heißen dichten Materie aus dem Aluminiumfestkörper. Trifft Röntgenstrahlung auf Atome, wird sie absorbiert und ein Elektron freigesetzt. "Bei gasförmigen Proben sind die Atome sehr weit voneinander entfernt", erläutert Zastrau. "Aus früheren Experimenten haben wir gelernt, dass die Elektronen bei ihren Atomen bleiben und sich nach einer gewissen Zeit wieder an diese anlagern."

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Bei einem Festkörper gestalte sich das anders. Die Elektronen stoßen, ähnlich wie in einem Billardspiel, aufgrund der höheren Dichte mit benachbarten Atomen zusammen und setzen dadurch viele zusätzliche Elektronen frei. "Diese Kollisionen sind der entscheidende Prozess dafür, wie sich das resultierende Plasma - und damit die heiße dichte Materie - entwickelt", fasst der Physiker das Ergebnis zusammen. In erster Linie sind diese Untersuchungen Grundlagenforschung für die Plasma- und Astrophysik. Denn was bei den Experimenten nur für einen Bruchteil von Sekunden stabil ist, existiert im Inneren von großen Planeten und Sternen seit Jahrmillionen.

Mit den neuen Erkenntnissen hoffen sich die Forscher bald ein präziseres Bild davon machen zu können, aus welchen Schichten Sterne und Planeten aufgebaut sind, welche Temperaturen und Drücke in ihrem Inneren vorherrschen und wie ihr Magnetfeld entsteht. Vielleicht liefern die Ergebnisse sogar wichtige Informationen darüber, wie es in Zukunft gelingen könnte, mittels Teilchenfusion effektiv Energie zu gewinnen - denn genau dies geschieht im Inneren von Sternen.

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siehe auch
Teilchenphysik: Im Inneren von Jupiter und Saturn - 26. Juli 2007
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