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SONNE
Fusionsprozesse genau rekonstruiert
Redaktion / Pressemitteilung der Technische Universität München
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26. Oktober 2018

Unsere Sonne erzeugt ihre Energie durch eine Abfolge von Fusionsprozessen, bei denen Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. Dabei werden auch Neutrinos frei, die sich - mit erheblichem Aufwand - nachweisen lassen, etwa mit dem Borexino-Experiment in Italien. Eine Analyse der Daten ergab nun, dass unsere Sonne offenbar tatsächlich so funktioniert, wie man sich das vorgestellt hatte.

Borexino

Innenaufnahme des Borexino-Detektors. Foto: Borexino-Kollaboration  [Großansicht]

Etwa 99 Prozent der Sonnenenergie entstammen dem Standard-Sonnenmodell zufolge einer Abfolge von Fusionsprozessen, bei der Wasserstoff zu Helium umgewandelt wird. Sie startet mit der Verschmelzung zweier Protonen zu einem schweren Wasserstoffkern, daher auch pp-Kette genannt. Bei einigen dieser Prozesse werden auch Neutrinos charakteristischer Energien freigesetzt, so dass sich der Verlauf der pp-Kette genau rekonstruieren lässt.

Das Experiment Borexino, tief unter den Bergen des italienischen Gran Sasso-Massivs, ist seit 2007 in Betrieb und darauf spezialisiert, diese solaren Neutrinos zu detektieren. Nun legen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erstmals eine Gesamtuntersuchung der Fusionsvorgänge der pp-Kette mittels Neutrinos vor. Sie bestimmten dabei die Wechselwirkungsraten der einzelnen Prozesse mit bisher nicht erreichter Präzision.

"Die Ergebnisse bestätigen insgesamt unsere theoretischen Vorstellungen von den Vorgängen im Inneren der Sonne", sagt Prof. Stefan Schönert, Professor für Astroteilchenphysik und Co-Sprecher des Sonderforschungsbereichs 1258 an der Technischen Universität München (TUM) und Mitglied des neuen ORIGINS Clusters. Das Borexino-Team berechnete auch die Energieproduktionsrate der Sonne und verglich diese mit der Abschätzung auf Basis ihrer elektromagnetischen Strahlung. Beide Werte stimmen sehr gut überein. Dies zeigt, dass die Sonnentätigkeit seit mindestens hunderttausend Jahren unverändert ist, denn das Sonnenlicht braucht etwa diese Zeitspanne, um die Energieproduktionszone im Sonneninneren zu verlassen, während Neutrinos bereits nach acht Minuten die Erde erreichen.

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Die Borexino-Ergebnisse geben auch einen interessanten Hinweis auf ein bisher nicht gelöstes Sonnenrätsel: Wie hoch ist die Konzentration an Kernen schwerer als Wasserstoff und Helium, die sogenannte "Metallizität"? Je höher, desto mehr Licht wird absorbiert. Das hat Einfluss auf Temperatur, Größe, Helligkeit und Lebensdauer der Sonne. Die Sonne gilt bisher als ein Stern mit niedriger Metallizität. "Unsere Ergebnisse deuten nun auf ein Temperaturprofil hin, welches eher auf eine hohe Konzentration hinweist", fasst Prof. Lothar Oberauer von der TUM und einer der Gründungsmitglieder des Borexino-Experiments zusammen.

Das Experiment Borexino wird von einem internationalen Konsortium betrieben und finanziert. In Deutschland sind neben der Technischen Universität München das Institut für Kernphysik des Forschungszentrums Jülich, das Institut für Experimentalphysik der Universität Hamburg, die RWTH Aachen, die Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und die Physik-Fakultät der Technischen Universität Dresden beteiligt.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist.

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siehe auch
Teilchenphysik: Wie die Sonne ihre Energie erzeugt - 28. August 2014
Borexino: Neues vom solaren Fusionsreaktor - 16. September 2011
Borexino: Erster Nachweis von Geoneutrinos - 15. März 2010
Neutrinos: Blick in die Sonne in Echtzeit - 20. August 2007
Neutrinos: Jagd nach verwandelten Neutrinos - 13. September 2006
Physik: Was wiegt ein Neutrino? - 12. Juli 2005
Neutrinos: KATRIN soll Neutrinomasse bestimmen - 6. Juli 2001
Neutrinos: Preis für obere Massengrenze - 23. Mai 2001
Links im WWW
Technische Universität München
Borexino Experiment, offizielle Webseite
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