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Supernova im Speicherring
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Goethe-Universität Frankfurt am Main
astronews.com
19. März 2019
Als unser Universum entstand, gab es keine schweren
Elemente: Sie wurden im Laufe der Zeit im Inneren von Sternen erzeugt oder
entstanden sogar erst durch die Explosion eines Sterns in einer Supernova. Was
dabei genau passiert, lässt sich auf der Erde nur schwer untersuchen. Einem
Forschungsteam ist nun aber ein wichtiger Fortschritt gelungen.
Erstmals konnte mithilfe eines Ionenspeicherrings
die Fusion von Wasserstoff und Xenon bei
Temperaturen untersucht werden, wie sie bei
Sternexplosionen vorkommen. Bild:
Mario Weigand, Goethe-Universitä [Großansicht] |
Bei Sternenexplosionen oder an der Oberfläche von Neutronensternen entstehen
schwere Elemente durch den Einfang von Wasserstoff-Kernen (Protonen). Das
geschieht bei extrem hohen Temperaturen, jedoch bei relativ geringen Energien.
Einem internationalen Forscherteam unter Leitung der Goethe-Universität ist es
nun gelungen, den Protoneneinfang am Experimentierspeicherring des GSI
Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung zu untersuchen.
Wie die Forscher in ihrer Studie berichten, wollten sie die
Wahrscheinlichkeit für einen Protoneneinfang in astrophysikalischen Szenarien
genauer bestimmen. Dabei waren sie mit zwei Herausforderungen konfrontiert, wie
Dr. Jan Glorius aus der GSI-Forschungsabteilung Atomphysik erläutert: "Die
Reaktionen treten am wahrscheinlichsten unter astrophysikalischen Bedingungen in
einem Energieintervall auf, das wir als Gamow-Fenster bezeichnen. In diesem
Intervall sind die Atomkerne eher langsam und damit in der benötigten Intensität
schwer zu bekommen. Des Weiteren fällt der Wirkungsquerschnitt, also die
Wahrscheinlichkeit für den Protoneneinfang, sehr stark mit der Energie ab. Es
war bisher kaum möglich, geeignete Bedingungen für solche Reaktionen im Labor
herzustellen."
Eine Lösung schlug bereits vor 10 Jahren René Reifarth, Professor für
Experimentelle Astrophysik an der Goethe-Universität, vor: Die niedrigen
Energien im Bereich des Gamow-Fensters lassen sich präziser einstellen, wenn man
die schweren Reaktionspartner in einem Beschleuniger kreisen lässt, in dem sie
auf ein ruhendes Protonengas treffen. Erste Erfolge erzielte er im September
2015 mit einer Helmholtz-Nachwuchsforschergruppe. Inzwischen hat seine Gruppe
von Professor Yuri Litvinov, der das von der Europäischen Union geförderte
Forschungsprojekt ASTRUm bei GSI leitet, hervorragende Verstärkung bekommen.
Im Experiment stellten die beiden Forschergruppen zunächst Xenon-Ionen her.
Im Experimentierspeicherring ESR wurden sie abgebremst und mit Protonen zur
Wechselwirkung gebracht. Dabei kam es zu Reaktionen, in denen Xenon-Kerne ein
Proton einfingen und sich in das schwerere Cäsium umwandelten – ein Vorgang, wie
er auch in astrophysikalischen Szenarien stattfindet. "Das Experiment trägt
entscheidend dazu bei, unser Verständnis der Nukleosynthese im Kosmos
voranzubringen", freut sich Reifarth. "Denn Dank der leistungsstarken
Beschleunigeranlage an der GSI konnten wir die experimentelle Technik zum
Abbremsen des schweren Stoßpartners verbessern. Wir wissen jetzt auch genauer,
in welchem Bereich die bisher nur theoretisch vorhergesagten Reaktionsraten
liegen. So können wir künftig die Entstehung der Elemente im Universum noch
präziserer modellieren."
Die Experimente fanden im Rahmen der Forschungskollaboration SPARC (Stored
Particles Atomic Physics Research Collaboration) statt, die Teil des
Forschungsprogramms von FAIR ist. Bei der Durchführung kamen durch die
Verbundforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung geförderte
Geräte zum Einsatz.
Ihre
Ergebnisse veröffentlichten das Team jetzt in der Fachzeitschrift Physical
Review Letters.
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