Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Schwarze Löcher ihren Hunger stillen

05.12.2006
Bei der Entstehung von Sternen und Planetensystemen, aber auch bei der Bildung Schwarzer Löcher im Zentrum von Galaxien, spielt ein außergewöhnlicher magnetischer Effekt eine entscheidende Rolle. Er wird Magneto-Rotations-Instabilität genannt. Erstmalig konnte dieser grundlegende Effekt jetzt in dem Laborexperiment PROMISE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf nachgewiesen werden. Die Ergebnisse wurden vor kurzem in "Physical Review Letters" veröffentlicht.

Wer kennt es nicht, das Bild vom gefräßigen Schwarzen Loch, das alles um sich herum verschlingt und nichts entkommen lässt, nicht einmal Licht. Bei genauerem Hinsehen merkt man allerdings, dass es gar nicht so einfach ist, ein Schwarzes Loch zu füttern. Die Gasscheiben, die sich in der Umgebung Schwarzer Löcher gebildet haben und um diese rotieren wie die Erde um die Sonne, werden in der Astrophysik Akkretionsscheiben genannt.

Genauso wenig, wie etwa die Erde in die Sonne stürzt, kann die um das Schwarze Loch kreisende Materie von diesem einfach so aufgesaugt werden. Nur wenn die Materieteilchen abgebremst werden, reicht die Fliehkraft nicht mehr aus, um die Teilchen auf ihren Kreisbahnen zu halten, und sie stürzen in das Schwarze Loch. Wie wird die Materie in der Akkretionsscheibe aber abgebremst? Dieses Problem stellt sich nicht nur bei Schwarzen Löchern, sondern auch bei der Entstehung ganz normaler Sterne, deren Planetensysteme ebenfalls aus Akkretionsscheiben entstehen, und ist somit von fundamentaler Bedeutung für die kosmische Strukturbildung.

Die Lösung besteht in der so genannten Magneto-Rotations-Instabilität (MRI), deren Bedeutung für die Astrophysik 1991 von den Wissenschaftlern Balbus und Hawley theoretisch vorausgesagt wurde. Sie konnten mathematisch zeigen, dass stabile Akkretionsscheiben durch Magnetfelder destabilisiert werden können. Erst durch diesen Prozess wird Massenkonzentration in Sternen und Schwarzen Löchern überhaupt möglich.

Entstehung von Sternen im Labor simuliert

Seit etwa fünf Jahren gibt es weltweite Bestrebungen, diesen für die kosmische Strukturbildung so fundamentalen Prozess im Laborexperiment nachzuweisen. Kürzliche Arbeiten von amerikanischen und französischen Wissenschaftlern im Journal "NATURE" vom 16.11.2006 unterstreichen, dass Turbulenz in Akkretionsscheiben nur durch die Magnetfeldwirkung möglich ist, ein experimenteller Nachweis dieses Mechanismus aber bisher ausstand. Im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) wurde nun gemeinsam von Dresdner Physikern und Wissenschaftlern vom Astrophysikalischen Institut Potsdam (API) das Experiment PROMISE zum Nachweis der Magneto-Rotations-Instabilität aufgebaut und erfolgreich durchgeführt. PROMISE steht für Potsdam ROssendorf Magnetic InStability Experiment. Es verblüfft durch einfache Komponenten wie etwa ein Abwasserrohr aus dem Baumarkt. In diesem Rohr, auf das die Spule zur Erzeugung des axialen Magnetfeldes gewickelt ist, finden zwei rotierende Kupferzylinder Platz. Der äußere Zylinder ist doppelt so groß wie der innere, in dem dazwischen liegenden Spalt wird ein Flüssigmetall durch unterschiedliche Drehzahlen von Innen- und Außenzylinder in eine rotierende Bewegung versetzt.

Beträgt die Drehzahl des Außenzylinders mehr als ein Viertel derjenigen des Innenzylinders, ist die Strömung stabil, weist also keine Turbulenzen auf. Mit Hilfe von Ultraschall-Geschwindigkeitssensoren wird dies auch im Experiment beobachtet. Wirklich interessant aber ist die Tatsache, dass die hydrodynamisch stabile Strömung unter dem Einfluss eines extern angelegten, schraubenförmigen Magnetfeldes destabilisiert und somit turbulent wird, was zum effektiven Abbremsen der Strömung führt. Mit diesem Versuchsaufbau konnte erstmalig die Magneto-Rotations-Instabilität (MRI) im Laborexperiment nachgewiesen werden.

Das Bild zeigt das raum-zeitliche Verhalten der gemessenen vertikalen Strömungsgeschwindigkeit für drei verschiedene Spulenströme. Dabei wird das ringförmige Magnetfeld durch einen konstanten axialen Strom von 6000 Ampere erzeugt, während der Spulenstrom und damit das vertikale Magnetfeld variiert werden. In guter Übereinstimmung mit der Theorie sieht man eine nach oben wandernde Welle nur in einem bestimmten Bereich des Spulenstromes. In der Tat stimmt nicht nur das Fenster der Instabilität, sondern auch die Frequenzabhängigkeit der wandernden Welle gut mit der numerischen Prognose überein.

Die Ergebnisse wurden jüngst in den Zeitschriften "Physical Review Letters" und "Astrophysical Journal Letters" veröffentlicht.

Veröffentlichungen:
Stefani, F., Gundrum, Th., Gerbeth, G., Rüdiger, G., Schultz, M., Szklarski, J., Hollerbach, R., Experimental evidence for magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow under the influence of a helical magnetic field,

Phys. Rev. Letters, Vol. 97, Art. No 184502 (2006).

Rüdiger, G., Hollerbach, R., Stefani, F., Gundrum, Th., Gerbeth, G., Rosner, R.,
The traveling wave MRI in cylindrical Taylor-Couette flow: comparing wavelengths and speeds in theory and experiment,

Astrophys. J. Lett., Vol. 649, L145-L147 (2006)

Weitere Informationen:
Dr. Gunter Gerbeth
Forschungszentrum Rossendorf, Institut für Sicherheitsforschung
Tel.: 0351 260 - 3484
g.gerbeth@fz-rossendorf.de
Prof. Günther Rüdiger
Astrophysikalisches Institut Potsdam
Tel.: 0331 7499 - 512
gruediger@aip.de
Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet - Forschungszentrum Rossendorf (FZR)
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
c.bohnet@fz-rossendorf.de
Shehan Bonatz - Astrophysikalisches Institut Potsdam (API)
Tel.: 0331 7499 - 469
presse@aip.de
Information:
Das FZD erbringt wesentliche Beiträge der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung zu folgenden Fragestellungen:

o Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in winzigen Dimensionen?

o Wie können Tumor- und Stoffwechselerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?

o Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?

Dazu werden 6 Großgeräte eingesetzt, die europaweit unikale Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten.

Das FZD ist mit ca. 650 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von rund 54 Mill. Euro. Hinzu kommen etwa 7 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören 84 außeruniversitäre Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung. Leibniz-Institute arbeiten interdisziplinär und verbinden Grundlagenforschung mit Anwendungsnähe. Jedes Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von gesamtstaatlicher Bedeutung, weshalb sie von Bund und Länder gemeinsam gefördert werden. Die Leibniz-Institute hatten 2004 ein Budget von 1,1 Milliarden Euro und beschäftigten rund 13.000 Mitarbeiter (Stand 1.1.2005).

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de

Weitere Berichte zu: FZD MRI Magnetfeld Magneto-Rotations-Instabilität PROMISE

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie