Kompression auf 30-fache Festkörperdichte Dresdner Forscher untersuchen im Labor Sternenmaterie unter extremem Druck
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31. Mai 2023, 10:07 Uhr
Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Universität Rostock hat erstmals unter Laborbedingungen untersucht, wie sich Materie unter dem extremen Druck im Inneren von großen Planeten und Sternen verhält.
Die Wissenschaftler erzeugten mithilfe des leistungsstärksten Lasers der Welt, des National Ignition Facility (NIF) im kalifornischen Livermore, im Zentrum einer zwei Millimeter kleinen Beryllium-Hohlkugel Temperaturen von bis zu zwei Millionen Grad Celsius und Drücke von bis zu drei Milliarden Atmosphären.
Die Beryllium-Probe wurde dabei auf das bis zu 30-fache ihrer ursprünglichen Festkörperdichte komprimiert. Damit entstand für Sekundenbruchteile ein winziges Stück Materie, das es sonst nur in Zwergsternen gibt. Die anschließende Untersuchung auf Dichte, Temperatur und elektronische Struktur ergab, dass nach starker Erhitzung und Kompression mindestens drei von vier Elektronen im Beryllium in leitende Zustände übergingen. Zudem wurde eine schwache elastische Streuung der Röntgenstrahlung identifiziert, was auf eine geringere Bindung des verbleibenden Elektrons an den Atomkern hinweist.
Auch die Materie im Inneren von Riesenplaneten und kleinen Sternen wird derart stark komprimiert, dass kein Platz mehr für gebundene Elektronen bleibt. Nur durch diese hohe Dichte kann ein vollständig ionisiertes Plasma aus Atomkernen und freien Elektronen entstehen. Der Grad der Ionisation von Atomen im Inneren von Sternen ist wiederum entscheidend für den Energietransport durch Strahlung vom Zentrum nach außen, erklärt HZDR-Gruppenleiter Prof. Dominik Kraus. Bei einem zu stark eingeschränkten Energietransport werde es in dem Himmelskörper turbulent wie in einem Kochtopf. Leben, wie wir es kennen, könnte dadurch in der nahen Umlaufbahn um kleine Sterne nicht möglich sein.
