Röntgenastronomie im Labor

Zündspannung

ResearchBlogging.orgIch finde es ja immer wieder spannend, wenn Experimentalphysiker es schaffen, ein großes System im Labor sinnvoll nachzustellen. Schon bei Flugzeugmodellen im Windkanal bin ich beeindruckt, aber das Experiment von Shinsuke Fujioka und Mitarbeitern steigert das ganze um Größenordnungen: Hier soll die Strahlung von Akkretionsscheiben, wie sie sich zum Beispiel um Schwarze Löcher herum bilden, im Labor simuliert werden.

Wenn sogenannte Kompakte Objekte, also eben Schwarze Löcher, Neutronensterne oder Weiße Zwerge, sich in einem Doppelsternsystem mit einem anderen Stern befinden, wird häufig Material von dem Stern zu dem Kompakten Objekt gesogen. Dieses Gas fällt dann in Spiralen auf das Schwarze Loch zu und bildet dabei eine Scheibe, die sogenannte Akkretionsscheibe. Das Gas wird dann durch Röntgenstrahlung von dem Kompakten Objekt ionisiert, und es bildet sich ein heißes Plasma.

In dem Experiment von Fujioka soll eben so ein Plasma im Labor erzeugt werden. Dafür wurde eine hohle Plastikkugel mit einem Druchmesser von einem halben Millimeter mit zwölf starken Laserstrahlen beschossen und zur Implosion gebracht. Das ist dasselbe Prinzip, das auch bei der Laserfusion verwendet werden soll; hier allerdings tritt keine Fusion auf, aber immerhin wird der Kern der implodierenden Kugel auf Temperaturen über 10 Millionen Grad gebracht. Dadurch entsteht ein Plasma, das im Röntgenbereich leuchtet und die Strahlung von dem Kompakten Objekt simuliert.

In dieser Röngtenstrahlung befindet sich zusätzlich ein im Vergleich kaltes Siliziumplasma, das das Umgebungsplasma um das Kompakte Objekt herum darstellen soll. Wenn es von der Röngtenstrahlung getroffen wird, werden die Teilchen des Siliziumplasmas durch die energetischen Photonen stark ionisiert, und ein neues Spektrum entsteht, das gemessen werden kann.

Röngtenspektra - Nature Physics: 10.1038/nphys1402

Das Bild zeigt das experimentell im Labor erzeugte Spektrum im Vergleich mit zwei astronomischen Spektren (von den Objekten Cygnus X-3 und Vela X-1), die einander offensichtlich sehr ähneln.

Die größere Kontrolle, die man über Experimente im Labor hat, ermöglicht es nun, mehr Informationen über die Entstehung der verschiedenen Linien zu erhalten. Außerdem können Computer-Programme zur Simulation dieser Systeme direkt getestet werden.


Shinsuke Fujioka, Hideaki Takabe, Norimasa Yamamoto, David Salzmann, Feilu Wang, Hiroaki Nishimura, Yutong Li, Quanli Dong, Shoujun Wang, Yi Zhang, Yong-Joo Rhee, Yong-Woo Lee, Jae-Min Han, Minoru Tanabe, Takashi Fujiwara, Yuto Nakabayashi, Gang Zhao, Jie Zhang, & Kunioki Mima1 (2009). X-ray astronomy in the laboratory with a miniature compact object produced by laser-driven implosion Nature Physics, 5 : 10.1038/nphys1402
Mierk Schwabe

Veröffentlicht von

Erhöht man die Spannung zwischen zwei Elektroden, die ein Gas umgeben, beginnt das Gas irgendwann zu leuchten: Freie Elektronen im Gas haben genug Energie, um die Gasteilchen zu ionisieren und noch mehr Elektronen aus den Atomen zu schlagen. Ein Plasma wurde gezündet, die Zündspannung ist erreicht. Gibt man nun noch zusätzlich Mikrometer große Teilchen in das Plasma, erhält man ein sogenanntes "Komplexes Plasma", mit dem ich mich zunächst als Doktorand und Post-Doc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und nun an der University of California in Berkeley beschäftige. In diesem Blog möchte ich sowie ein wenig Einblick in den Alltag im Forschungsinstitut bieten, als auch über den (Plasma)-Rand hinaus blicken. Mierk Schwabe

Schreibe einen Kommentar