7. Juli 2020

Supernovae und Magnetfelder im Labor

Schockwellen von Sternenexplosionen schlagen eine bevorzugte Richtung ein

Ein Team unter der Leitung von Forschern der École PolytechniqueInstitut Polytechnique de Paris löste ein Rätsel der Astrophysik der Frage: Warum breiten sich viele Supernova-Überreste, die wir von der Erde aus beobachten, nicht kugelförmig, sondern entlang einer Achse aus? (Veröffentlicht in Astrophysical Journal, DOI: 10.3847/1538-4357/ab92a4)

Eine Supernova entsteht, wenn einem Stern der Treibstoff ausgeht und er beim Sterben eine gewaltige Explosion erzeugt, die Schockwellen im umgebenden interstellaren Medium verursacht. Diese Schockwellen, die als Supernova-Überreste bekannt sind, legen über Tausende von Jahren riesige Entfernungen zurück. Wenn sie nahe genug an der Erde vorbeiziehen, können Astronomen sie untersuchen.

Bisherige Modelle sagen voraus, dass sich diese Überreste kugelsymmetrisch bewegen sollten, da die Energie während der Explosion in alle Richtungen des Alls geschleudert wird. Teleskopaufnahmen zeigen jedoch, dass diese Erwartung nicht erfüllt wird. Zum Beispiel ist der Supernova-Überrest G296.5+10.0, der noch nicht bekannt genug ist, um einen eingängigeren Namen zu rechtfertigen, nur entlang seiner vertikalen Achse symmetrisch ausgebildet. Forscher haben viele Hypothesen aufgestellt, um diese Beobachtungen zu erklären, doch bis jetzt erwies es sich stets als zu schwierig, sie zu testen.

Paul Mabey von der École Polytechnique und seine internationalen Mitstreiter von der Universität Oxford, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und dem Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) reproduzierten dieses astrophysikalische Phänomen in viel kleinerem Maßstab im Labor, um das Rätsel aufzuklären. Dazu bediente sich das Team der gepulsten Hochleistungslaser des Intense Lasers Lab (LULI) auf dem Campus der École Polytechnique.

Die Wissenschaftler verwendeten ein starkes Magnetfeld, um verschiedene Hypothesen zu testen. Diese Magnetfeld war rund zweihunderttausend Mal stärker als das von der Erde generierte. Sie fanden heraus, dass sich die Schockwelle beim Anlegen dieses Feldes bevorzugt in nur einer Richtung ausdehnte. Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass ein großes Magnetfeld um G296.5+10.0 herum vorhanden und für seine aktuelle Form verantwortlich ist.

Die extremen Magnetfelder an der École Polytechnique, die eine Stärke von 10 Tesla erreichen, stammen von einer sogenannten Helmholtz-Spule, die Wissenschaftler vom Hochfeld-Magnetlabor Dresden und dem Institut für Strahlenphysik des HZDR gemeinsam entwickelten und gebauten. Die Helmholtz-Spule erzeugt nahezu homogene Magnetfelder. Sie wurde von einem Hochspannungs-Impulsgenerator gespeist, der ebenfalls am HZDR entwickelt wurde und jetzt dauerhaft am LULI steht. Es ist vor allem die technologische Entwicklung dieser einzigartigen Instrumente, die derart extreme Bedingungen ermöglicht, wie wir sie sonst nur in den Weiten des Universums finden: Sie versetzen die Forscher in die Lage, Phänomene wie Supernova-Explosionen oder neuartige Anwendungen in der Laborastrophysik zu untersuchen.

Die Astrophysiker hoffen nun, gegenwärtige und zukünftige Beobachtungen von Supernova-Überresten nutzen zu können, um Stärke und Richtung von Magnetfeldern im gesamten Universum zu bestimmen. Darüber hinaus begann das Team bereits mit der Planung zukünftiger Experimente am LULI, um diese Systeme im Labor genauer zu untersuchen.
-> Zur Publikation des HZDR.


Foto gemeinfrei: Der Krebsnebel, ein Supernova-Überrest.

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