Supernovae und Magnetfelder im Labor: Schockwellen von Sternenexplosionen schlagen bevorzugte Richtung ein

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08.07.2020 11:50

Supernovae und Magnetfelder im Labor: Schockwellen von Sternenexplosionen schlagen bevorzugte Richtung ein

Dr. Christine Bohnet Kommunikation und Medien
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

    In einer im Astrophysical Journal veröffentlichten Arbeit (DOI: 10.3847/1538-4357/ab92a4) hat ein Team unter der Leitung von Forschern der École Polytechnique - Institut Polytechnique de Paris ein Rätsel der Astrophysik gelöst: Warum breiten sich viele Supernova-Überreste, die wir von der Erde aus beobachten, nicht kugelförmig, sondern entlang einer Achse aus?

    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 zum Test verschiedener Hypothesen ein starkes Magnetfeld, 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 entwickelt und gebaut haben und die nahezu homogene Magnetfelder erzeugt. Die Spule wurde von einem Hochspannungs-Impulsgenerator gespeist, der ebenfalls am Dresdner Forschungszentrum entwickelt wurde und jetzt dauerhaft am LULI steht. Es ist vor allem die technologische Entwicklung dieser einzigartigen Instrumente, die derart extreme Bedingungen ermöglicht, wie sie sonst nur in den Weiten des Universums zu finden sind: Sie versetzt 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 hat das Team bereits mit der Planung zukünftiger Experimente am LULI begonnen, um diese Systeme im Labor genauer zu untersuchen.

    Publikation:
    P. Mabey, B. Albertazzi, G. Rigon, J. R. Marquès, C. A. J. Palmer, J. Topp-Mugglestone, P. Perez-Martin, F. Kroll, F.-E. Brack, T. E. Cowan, U. Schramm, K. Falk, G. Gregori, E. Falize, M. Koenig: Laboratory study of bilateral supernova remnants and continuous MHD shocks, in Astrophysical Journal, 2020 (DOI: 10.3847/1538-4357/ab92a4)

    Weitere Informationen:
    Dr. Paul Mabey
    LULI, Ecole Polytechnique, Paris
    E-Mail: paul.mabey@polytechnique.edu

    Dr. Katerina Falk
    Institut für Strahlenphysik am HZDR
    Tel.: +49 351 260-2462 | E-Mail: k.falk@hzdr.de

    Medienkontakt:
    Simon Schmitt | Wissenschaftsredakteur
    Tel.: +49 351 260-3400 | Mobil: +49 175 874 2865 | E-Mail: s.schmitt@hzdr.de
    Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
    Bautzner Landstr. 400, 01328 Dresden | www.hzdr.de

    Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
    • Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
    • Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
    • Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
    Das HZDR entwickelt und betreibt große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen.
    Es ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, hat sechs Standorte (Dresden, Freiberg, Grenoble, Leipzig, Schenefeld bei Hamburg) und beschäftigt knapp 1.200 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 170 Doktoranden.


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Dr. Paul Mabey
    LULI, Ecole Polytechnique, Paris
    E-Mail: paul.mabey@polytechnique.edu

    Dr. Katerina Falk
    Institut für Strahlenphysik am HZDR
    Tel.: +49 351 260-2462 | E-Mail: k.falk@hzdr.de


    Originalpublikation:

    P. Mabey, B. Albertazzi, G. Rigon, J. R. Marquès, C. A. J. Palmer, J. Topp-Mugglestone, P. Perez-Martin, F. Kroll, F.-E. Brack, T. E. Cowan, U. Schramm, K. Falk, G. Gregori, E. Falize, M. Koenig: Laboratory study of bilateral supernova remnants and continuous MHD shocks, in Astrophysical Journal, 2020 (DOI: 10.3847/1538-4357/ab92a4)


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Energie, Physik / Astronomie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Kooperationen
    Deutsch


    Der Krebsnebel, ein Supernova-Überrest.


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