Science 

Weißer Zwerg im Labor imitiert: Forschende kreieren "exotischen" Materien-Zustand

Forschende ahmten nun den Materien-Zustand eines Weißen Zwergs im Labor nach.
Forschende ahmten nun den Materien-Zustand eines Weißen Zwergs im Labor nach.
Foto: iStock.com/kevron2001
Fern des unendlichen Alls konnten Forschende nun im Zuge eines unglaublichen Laborexperiments den chaotischen Zustand der Materie in einem Weißen Zwerg nachahmen – für wenige Nanosekunden.

Im hohen Alter von rund zehn Milliarden Jahren wird der Wasserstoff innerhalb des Sternenkerns sonnenähnlicher Sterne langsam knapp. Der Druck steigt, Helium fängt an, zu Kohlenstoff zu verschmelzen. Währenddessen fusioniert um den Kern herum weiterhin Wasserstoff zu Helium. Der Stern bläht sich zu einem roten Riesen auf und kollabiert letztlich. Weiße Zwerge sind die dichten und kleine Sternenkerne, die am Ende eines solchen Brennzyklus zurückbleiben, wenn Sterne in sich zusammenfallen, ohne dabei jedoch eine Supernova zu zünden. Ein weißer Zwerg erreicht bei einem Druck von bis zu 500 Millionen bar eine Dichte von bis zu einer Tonne pro Kubikzentimeter. Diese extremen Material-Bedingungen konnten nun in einem Laborexperiment imitiert werden.

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Abgefahren: Forschende ahmen Weißen Zwerg im Laborexperiment nach

Forschende des amerikanischen National Ignition Facility (NIF) schafften das Unmögliche: Sie erzeugten mithilfe von Röntgenstrahlung für neun Nanosekunden eine Schockwelle, die vergleichbar ist mit den Bedingungen des Materien-Zustands im Innern eines Weißen Zwergs. Demnach konnten sie die Verhältnisse in den mittleren Schichten der Himmelskörper, wo das superdichte Material von der Oberfläche absinkt, wenn es abkühlt und heißeres Material aus dem Inneren aufsteigt, näher untersuchen.

Aus der Geschwindigkeitsmessung der erzeugten Schockwelle und der Stärke, mit der die Röntgenstrahlung im Bereich der Schockwelle absorbiert wurde, konnten die Forschenden wichtige Daten ableiten und diese mit verschiedenen mathematischen Modellen abgleichen, die bislang für die Bedingungen im Inneren eines Weißen Zwergs vermutet wurden.

Das Laborexperiment erlaubte demnach Messungen eines Materien-Zustands von 100 bis 450 Millionen bar Druck – weitaus höher, als im Zentrum von solchen Weißen Zwergen, die aus einem Stern wie der Sonne entstehen.

Keine allumfassende Aussagekraft des Experiments

Weißen Zwergen fehlt zwar die Kernfusion als Energiequelle, doch die Himmelskörper sind lange Zeit sehr heiß und strahlen somit Wärme ab. Das Ziel des Experiments bestand letztlich darin, die Zustandsgleichung der Materie im Inneren der Himmelskörper zu erforschen, sodass berechnet werden kann, wie schnell der Wärmetransport abläuft, wie viel Energie sich dort befindet oder wie lange es dauert, bis die Himmelskörper auskühlen, berichtet Golem.de.

Ein solches Laborexperiment ist in seiner Aussagekraft natürlich begrenzt. So konnte die Dichte im Innern von Weißen Zwergen nur etwa bis auf fünf Prozent genau bestimmt werden. Trotz allem konnten einige Modelle zur Berechnung der Vorgängen im Innern der Weißen Zwergen als unzureichend identifiziert werden. Unsere Sonne beispielsweise befindet sich mit einem Alter von 4,5 Milliarden Jahren erst in der Mitte ihrer Existenz als Stern – Forschenden bleiben also noch ein paar Milliarden Jahre Zeit, um weitere Experimente durchzuführen, bis diese Prozesse auch für unsere Sonne, die sich alle elf Jahre verändert, eine Rolle spielen.