Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen

17.10.2017

Zentrale Vorhersagen von GSI-Wissenschaftler zur Entstehung schwerer Elemente wie Gold und Platin im Universum sind nun astrophysikalisch beobachtet worden. Erstmals konnten Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen nachgewiesen werden. Damit rückt auch das künftige Beschleunigerzentrum FAIR noch stärker in den wissenschaftlichen Fokus, da dort Bedingungen für weitere Forschungen rund um Neutronensterne simuliert werden können.

Am 16. Oktober hat ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter Mitglieder der Kollaborationen am Gravitationswellen-Observatorium LIGO in den USA und am Gravitationswellen-Detektor Virgo in Italien sowie mehrerer astronomischer Gruppen, die erstmalige Beobachtung von Gravitations- und elektromagnetischen Wellen einer Neutronensternverschmelzung bekanntgegeben.


Am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR können Bedingungen für weitere Forschung rund um Neutronensterne simuliert werden.

ion42

Es ist spekuliert worden, dass Neutronensternverschmelzungen die bislang unbekannte astrophysikalische Quelle für die schwere Elemente wie Gold, Platin und Uran im Universum sind. Im Jahr 2010 hat eine internationale Kollaboration, geleitet von Gabriel Martínez-Pinedo (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und Technische Universität Darmstadt) und Brian Metzger (Columbia University) darauf hingewiesen, dass die Synthese von schweren Elementen in einer Neutronensternverschmelzung zu Emission eines eindeutigen elektromagnetischen Signals führt.

Das nun beobachtete elektromagnetische Signal zeigt in der Tat das vorhergesagte charakteristische Muster und bestätigt somit, dass die astrophysikalische Quelle der schweren Elemente nun endlich gefunden ist, und eine der 11 wichtigsten ungelösten Fragen der Physik, wie sie die US National Academies 2003 formuliert haben, beantwortet wurde.

Dieser wissenschaftliche Durchbruch stellt das künftige Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), das zur Zeit in Darmstadt entsteht, noch stärker in den wissenschaftlichen Fokus, da dort erstmals die kurzlebigen neutronenreichen Kerne, die das elektromagnetische Signal erzeugen, hergestellt und studiert werden können.

Vor 60 Jahren wurden die wesentlichen Prozesse, die zur Entstehung der Elemente im Universum führen, erstmals beschrieben. Seitdem ist es gelungen, die astrophysikalischen Quellen fast aller Prozesse zu identifizieren. Die Ausnahme bildet der sogenannte r-Prozess, der etwa die Hälfte der Elemente schwerer als Eisen produziert. Dieser Prozess verlangt eine extrem hohe Dichte an Neutronen. Unter diesen astrophysikalischen Bedingungen verlaufen Neutroneneinfänge an Kernen schneller als die konkurrierenden Beta-Zerfälle verlaufen.

„Die Identifikationen des astrophysikalischen Orts, an dem die Elemente schwerer als Eisen im Universum produziert werden, wird als eines der Jahrhundertprobleme der Physik angesehen“, sagt Friedrich-Karl Thielemann, Professor an der Universität Basel und auch Mitglied der GSI Theorieabteilung, der 1999 die ersten Nukleosyntheserechnungen durchführte, die zeigten, dass ein R-Prozess in dem Material, das bei der Verschmelzung von Neutronensternen emittiert wird, ablaufen kann.

Fast gleichzeitig wurde vorgeschlagen, dass der radioaktive Zerfall des frisch synthetisierten Materials ein elektromagnetisches Signal erzeugen würde. Die erste realistische Vorhersage dieses Signals wurde 2010 von einem internationalen Team unter Leitung von Gabriel Martinez-Pinedo und Brian Metzger gegeben. Dem Team gehörten auch Almudena Arcones, GSI und Technische Universität Darmstadt, und Aleksandra Kelic, GSI, an, wobei letztere zusammen mit dem GSI-Wissenschaftler Karl-Heinz Schmidt wichtige experimentelle Anleitungen gab.

Diese Kollaboration sagte vorher, dass die Leuchtstärke der Neutronensternverschmelzung tausend Mal stärker als bei einer Nova sein würde und ihr Maximum nach etwa einem Tag erreichen würde. Das Ereignis wurde deshalb 'Kilonova' getauft. Diese Vorhersage wurde nun durch die Beobachtung des Gegenparts von GW170817 im optischen und infrarotem Bereich bestätigt.

„Dies ist ein einmaliger Vorgang in der Astrophysik“, sagt Gabriel Martinez-Pinedo. „Normalerweise beobachten Astronomen ein neues Phänomen, das dann Jahre später von Theoretikern erklärt wird. Hier haben wir ein neuartiges astrophysikalisches Signal ohne vorherige astronomische Hinweise antizipiert, das dann durch die Beobachtung bestätigt wurde.“

Mehrere Beobachtungen deuten darauf hin, dass das beobachtete elektromagnetische Signal von radioaktiven Zerfällen von r-Prozesskernen erzeugt wird. Die Zeitabhängigkeit des Signals entspricht derjenigen, das erwartet wird, wenn die Energie aus dem Zerfall eines großen Ensembles zerfallender Kerne stammt. Ferner zeigt die Farbentwicklung des Signals, dass eine große Zahl von r-Prozesskernen aus leichteren um die Ladungszahl Z=50 in schwerere Kerne umgewandelt wurden. Es wird geschätzt, dass das Ereignis GW170817 ungefähr 0.06 Solarmassen von r-Prozessmaterial, darunter das Zehnfache der Erdmasse an Gold und Uran, produziert hat.

Die LIGO- und Virgo Kollaborationen gehen davon aus, dass ab 2019, wenn die Detektoren ihre volle Kapazität erreicht haben, Neutronensternverschmelzungen etwa einmal pro Woche beobachtet werden. Dies wird eine vollständig neue Epoche im Verständnis der Nukleosynthese schwerer Elemente einläuten, die auch zum Verständnis der Beobachtungen hochpräzise kernphysikalische Daten, vor allem von neutronenreichen Kernen, aber auch von den Eigenschaften von Kernmaterie verlangen.

Deshalb ist es sehr vorteilhaft, dass mit FAIR der Beschleunigerkomplex, der benötigt wird, um diese Daten zu beschaffen, schon in Darmstadt gebaut wird. Erste Resultate werden schon von der im Jahr 2018 durchgeführten FAIR-Phase 0 Experimenten erwartet. Nach seiner Fertigstellung im Jahr 2025 wird FAIR dann sein vollständiges wissenschaftliches Potential entwickeln und weltweit einzigartige Möglichkeiten zur Erzeugung und Studium der schweren r-Prozesskerne bieten. Bis dahin werden die GSI Theoretiker ihre Forschungen fortführen und ausloten, welches die Schlüsselinformationen zur vollständigen Charakterisierung des elektromagnetischen Signals von Neutronensternverschmelzungen sind und welche Rückschlüsse sie auf die r-Prozess-Nukleosynthese zulassen.

Weitere Informationen:

https://www.gsi.de/start/aktuelles/detailseite/2017/10/16/vorhersagen_von_gsi_wi...

Dr. Ingo Peter | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Antiproton Eisen FAIR GSI Helmholtzzentrum Schwerionenforschung Uran Virgo schwere Elemente

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Grüne Spintronik: Mit Spannung Superferromagnetismus erzeugen
15.02.2019 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Regensburger Physiker beobachten, wie es sich Elektronen gemütlich machen
14.02.2019 | Universität Regensburg

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: Grüne Spintronik: Mit Spannung Superferromagnetismus erzeugen

Ein HZB-Team hat zusammen mit internationalen Partnern an der Lichtquelle BESSY II ein neues Phänomen in Eisen-Nanokörnern auf einem ferroelektrischen Substrat beobachtet: Die magnetischen Momente der Eisenkörner richten sich superferromagnetisch aus, sobald eine elektrische Spannung anliegt. Der Effekt funktioniert bei Raumtemperatur und könnte zu neuen Materialien für IT-Bauelemente und Datenspeicher führen, die weniger Energie verbrauchen.

In heutigen Datenspeichern müssen magnetische Domänen mit Hilfe eines externen Magnetfeld umgeschaltet werden, welches durch elektrischen Strom erzeugt wird....

Im Focus: Regensburger Physiker beobachten, wie es sich Elektronen gemütlich machen

Und können dadurch mit ihrer neu entwickelten Mikroskopiemethode Orbitale einzelner Moleküle in verschiedenen Ladungszuständen abbilden. Die internationale Forschergruppe der Universität Regensburg berichtet über ihre Ergebnisse unter dem Titel “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunnelling microscopy on insulators” in der weltweit angesehenen Fachzeitschrift ,,Nature‘‘.

Sie sind die Grundbausteine der uns umgebenden Materie - Atome und Moleküle. Die Eigenschaften der Materie sind oftmals jedoch nicht durch diese Bausteine...

Im Focus: Regensburg physicists watch electron transfer in a single molecule

For the first time, an international team of scientists based in Regensburg, Germany, has recorded the orbitals of single molecules in different charge states in a novel type of microscopy. The research findings are published under the title “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunneling microscopy on insulators” in the prestigious journal “Nature”.

The building blocks of matter surrounding us are atoms and molecules. The properties of that matter, however, are often not set by these building blocks...

Im Focus: Universität Konstanz gewinnt neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Immunsystems

Wissenschaftler der Universität Konstanz identifizieren Wettstreit zwischen menschlichem Immunsystem und bakteriellen Krankheitserregern

Zellbiologen der Universität Konstanz publizieren in der Fachzeitschrift „Current Biology“ neue Erkenntnisse über die rasante evolutionäre Anpassung des...

Im Focus: University of Konstanz gains new insights into the recent development of the human immune system

Scientists at the University of Konstanz identify fierce competition between the human immune system and bacterial pathogens

Cell biologists from the University of Konstanz shed light on a recent evolutionary process in the human immune system and publish their findings in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Thema Desinformation in Online-Medien

15.02.2019 | Veranstaltungen

FfE-Energietage 2019 - Die Energiewelt heute und morgen vom 1. bis 4. April 2019 in München

15.02.2019 | Veranstaltungen

Deutscher Fachkongress für kommunales Energiemanagement: Fokus Energie – Architektur – BauKultur

13.02.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Katalysatoren - Fluktuationen machen den Weg frei

15.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Berührungsgeschützt, kompakt, einfach: Rittal erweitert Board-Technologie

15.02.2019 | Energie und Elektrotechnik

Wie kann digitales Lernen gelingen? Lern-Prototypen werden auf der didacta vorgestellt

15.02.2019 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics