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Wie Supernovae geladene Teilchen auf Lichtgeschwindigkeit bringen

Supernovae
Zur Untersuchung von Schockwellen in Supernova-Überresten erzeugten Frederico Fiuza, Stefan Funk und Kollegen in Laborversuchen Plasmaschockwellen. Hier zeigen Computersimulationen die turbulente Struktur des Magnetfeldes in zwei sich voneinander entfernenden Schockwellen. (Bild: Frederico Fiuza/SLAC National Accelerator Laboratory)

Forschungsteam untersucht im Labor das Innenleben astrophysikalischer Schocks

Einen neuen Weg zur Untersuchung astrophysikalischer Schocks hat ein internationales Wissenschaftsteam beschritten. Forscher der FAU und des SLAC National Accelerator Laboratory ahmten in kontrollierten Laborexperimenten mit hochenergetischen Lasern an einer Fusionsforschungsanlage das Innenleben von Schockwellen nach und verglichen die Ergebnisse mit detaillierten Computermodellen. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ (doi: 10.1038/s41567-020-0919-4).

Wenn ein Stern als Supernova explodiert, erzeugt er Schockwellen in der Umgebung. Diese Wellen sind so stark, dass sie als Teilchenbeschleuniger wirken können und die Teilchenströme – die sogenannte kosmische Strahlung – fast mit Lichtgeschwindigkeit ins Universum hinausschleudern. Wie sie das genau tun, war jedoch bisher ein Rätsel. Denn Supernovae sind selten und konnten bisher nur astronomisch oder vom Raumfahrzeug aus untersucht werden.

Der Lösung ein gutes Stück näher gekommen sind nun die beiden Wissenschaftler Frederico Fiuza, Wissenschaftler am SLAC National Accelerator Laboratory in Kalifornien, und Prof. Dr. Stefan Funk, Leiter des Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP). Die beiden Forscher ahmten im Labor der kalifornischen Forschungsanlage National Ignition Facility (NIF) eine verkleinerte Version astrophysikalischer Schocks nach und konnten durch Vergleich der resultierenden Daten mit detaillierten Computermodellen sowohl das Innenleben der Schockwellen als auch die Stoßwellenbedingungen untersuchen.

Das Team um Fiuza und Funk fand dabei heraus, wie Supernovae geladene Teilchen auf Lichtgeschwindigkeit bringen: Die astrophysikalischen Schocks sind bei ihrer Entstehung selbst in der Lage, Elektronen fast bis zur Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dafür verantwortlich sind turbulente elektromagnetische Felder innerhalb der Stoßwelle. Diese Beobachtungen eröffnen neue Weg für kontrollierte Laboruntersuchungen astrophysikalischer Phänomene.

Onlinezugriff auf die Studie unter nature.com/articles/s41567-020-0919-4

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Stefan Funk
Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP)
Tel.: 09131/85-28964

 

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