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Die Materie im Inneren von Gasriesen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Jena
astronews.com
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.
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."
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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