Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das magnetische Universum ins Labor geholt - AIP und FZR gelingt magnetisches Schlüsselexperiment

12.09.2006
Das Astrophysikalische Institut Potsdam und das Forschungszentrum Rossendorf konnten erstmals in einem Experiment im irdischen Labor die sogenannte Magnetorotationsinstabilität (MRI) nachweisen, die bei der Entstehung von Sternen eine wesentliche Rolle spielt.

Vor 13 Milliarden Jahren hat es weder Sterne noch Galaxien gegeben. Inzwischen hat sich der Kosmos zwar gewaltig ausgedehnt, sein stofflicher Inhalt hat sich aber durch die Schwerkraft zu Sternsystemen, Sternen, Planeten, schwarzen Löchern usw. zusammengeballt. Unsere Sonne ist entstanden als eine lichtjahregroße interstellare Wolke in sich zusammenstürzte. Jeder Kubikkilometer der Ursprungswolke findet sich heute auf weniger als einen Kubikmillimeter zusammengepresst wieder.

Wie kann es dazu kommen, obwohl man irgendwann beim Kollaps die Zentrifugalkraft die Schwerkraft aufheben muss? Planeten drehen sich, Sterne drehen sich, und auch das Material, aus dem Sterne und Planeten hervorgegangen sind, hat sich gedreht. Es besaß Drehimpuls, und davon viel zu viel. Um kompakte Gebilde wie Sterne oder gar Schwarze Löcher hervorzubringen, muss die Rotation des Gases fast komplett abgebremst werden. Dies geschieht in einer sog. Akkretionsscheibe, die - wie auch unser Planetensystem - innen schneller als außen rotiert. Nur durch enorme turbulente Reibung kann der Drehimpuls nach außen strömen und die abgebremste Materie schließlich vom zentralen Objekt aufgesammelt werden. Die Reibungswärme wird abgestrahlt und erzeugt so die gewaltige Leuchtkraft von Quasaren und Röntgensternen. Woher aber die Turbulenz kommt, dank derer die Materie ihren Drehimpuls verlieren kann, ist eine der großen Fragen der Astrophysik. Nach den bisherigen physikalischen Vorstellungen sollten die kreisrunden Akkretionsscheiben turbulenz- und mithin fast reibungsfrei sein.

Magnetfelder können dieses Dilemma lösen. Verglichen mit der Schwerkraft sind magnetische Kräfte oft von untergeordneter Rolle. Für das Funktionieren von Akkretionsscheiben könnten aber gerade sie ausschlaggebend sein, weil sie in einer eigentlich stabilen Scherströmung Turbulenz entfachen können. Deshalb versuchen gegenwärtig mehrere Forschergruppen, diesen Effekt, die sogenannte Magnetorotationsinstabilität (MRI), im irdischen Labor nachzuweisen.

Dies ist jetzt erstmalig gelungen. Die Idee und die theoretischen Grundlagen für das Experiment stammen aus der Feder der Magnetfeld-Experten Prof. Günther Rüdiger vom Astrophysikalischen Institut Potsdam und Dr. Rainer Hollerbach von der Universität Leeds. Die Erfahrung mit Flüssigmetallexperimenten der Abteilung Magnetohydrodynamik des Forschungszentrums Rossendorf ermöglichte unter Leitung von Dr. Gunter Gerbeth die experimentelle Umsetzung des Nachweises der Instabilität. Das Projekt gehörte im vergangenen Jahr zu den Gewinnern der Ausschreibung von Forschungsgeldern durch die Leibniz-Gemeinschaft.

Beim Experiment PROMISE (Potsdam ROssendorf Magnetic InStability Experiment) strömt zwischen zwei unterschiedlich schnell rotierenden Zylindern eine silbrig glänzende Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Die Drehzahlen sind so eingestellt, dass zunächst nichts weiter passiert. Durch das Hinzufügen eines speziell geformten Magnetfeldes wird aus der einfachen hydrodynamischen Strömungsanlage eine komplizierte magnetohydrodynamische Turbulenzmaschine. Der Trick, durch den das, was im Kosmos so selbstverständlich abläuft, auf die Möglichkeiten eines Labors reduziert werden kann, besteht darin, das rotierende Flüssigmetall einem Magnetfeld mit schraubenförmigen Feldlinien auszusetzen. Das Feld wird durch elektrische Ströme entlang der Achse (6000 Ampere) und durch eine äußere Spule (75 Ampere) erzeugt. Im Kosmos funktioniert das gleiche Experiment für noch einfachere und viel schwächere Magnetfelder.

Was mittels Ultraschall-Geschwindigkeitssensoren registriert wird, ist das Umschlagen von einem rein laminaren Strömungsregime in ein turbulentes, sofern die elektrischen Ströme entlang der Achse bzw. in der Spule sich innerhalb der vorhergesagten Grenzen bewegen. Die Magnetorotationsinstabilität zeigt sich im Experiment als wandernde Welle von Strömungswirbeln, deren Eigenschaften gut mit den theoretischen Berechnungen übereinstimmen.

Shehan Bonatz | idw
Weitere Informationen:
http://www.aip.de
http://www.aip.de/highlight_archive

Weitere Berichte zu: Magnetfeld Magnetorotationsinstabilität

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise