{"id":72661,"date":"2023-06-28T14:56:37","date_gmt":"2023-06-28T12:56:37","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=72661"},"modified":"2023-09-07T11:53:22","modified_gmt":"2023-09-07T09:53:22","slug":"astronomisch-gross-und-mikroskopisch-klein","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/einblick\/astronomisch-gross-und-mikroskopisch-klein\/","title":{"rendered":"Astronomisch gro\u00df und mikroskopisch klein"},"content":{"rendered":"

Das Clusterprojekt ELEMENTS auf der Suche nach unserem Gold<\/h3>\n\n\n\n
\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n

Die Entstehung der schweren Elemente im Universum l\u00e4sst sich nur aus verschiedenen Blickwinkeln verstehen: Im Leuchtturmprojekt ELEMENTS gehen deshalb Theorie und Praxis Hand in Hand. Durch die Kooperation der Rhein-Main-Universit\u00e4ten erg\u00e4nzen sich Theoretiker und Experimentatoren ideal. Auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GSI Helmholtzzentrums f\u00fcr Schwerionenforschung und der Justus-Liebig-Universit\u00e4t Gie\u00dfen sind beteiligt, um Antworten auf die Frage zu finden, wie schwere Elemente im Universum entstehen.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Kernfusion, Kollisionen, Kilonovae \u2026, es sind gewaltige Ph\u00e4nomene, mit denen sich die rund 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Clusterprojekt ELEMENTS auseinandersetzen \u2013 im Gro\u00dfen wie im Kleinen. Auf der Suche nach dem Ursprung schwerer Elemente, wie etwa Gold und Platin, m\u00fcssen sie sowohl ins weite Universum als auch hinein in winzige Atomkerne schauen.<\/p>\n\n\n\n

Auf den Spuren schwerer Elemente<\/h3>\n\n\n\n

Doch von vorne: Elemente, die schwerer sind als Eisen, k\u00f6nnen nicht mehr in den als kosmische Brenn\u00f6fen fungierenden Sternen, wie auch unsere Sonne einer ist, produziert werden. Vereinfacht ausgedr\u00fcckt liegt das daran, dass die Fusion von Eisenkernen mehr Energie verbraucht, als dabei freigesetzt wird. Durch die fehlende Energie in seinem Inneren beginnt der Stern unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenzusacken und explodiert schlie\u00dflich als Supernova. Bei sehr massereichen Sternen wird die Materie im Kern so dicht komprimiert, dass dort Elektronen mit Protonen verschmelzen und Neutronen bilden. So entsteht ein extrem dichter und kompakter Neutronenstern, sozusagen der kleine Bruder eines Schwarzen Lochs. Diese Objekte sind so gewaltig, dass sie trotz ihrer \u2013 astronomisch gesehenen \u2013 winzigen Gr\u00f6\u00dfe von nur etwas mehr als 20 km Durchmesser bis zu doppelt so viel Masse haben k\u00f6nnen wie unsere Sonne und von der Erde aus in Form eines sogenannten Pulsars sichtbar sind.<\/p>\n\n\n\n

Und woher kommt nun unser Gold? Daf\u00fcr braucht es noch einen zweiten dieser spektakul\u00e4ren Himmelsk\u00f6rper: Wenn zwei Neutronensterne einander zu nahkommen, kreisen sie wegen ihrer starken Anziehungskraft umeinander. Irgendwann verschmelzen sie miteinander in einer katastrophalen Kollision und lassen eine hell leuchtende Kilonova entstehen. In diesem Prozess liegt der Schl\u00fcssel zu den schweren Elementen versteckt, da diese nur unter solch extremen Bedingungen in der Natur gebildet werden. Was genau dort vor sich geht, ist im Detail jedoch noch unklar. Erkl\u00e4rtes Ziel von ELEMENTS ist es, das herauszufinden.<\/p>\n\n\n\n

Mathematischer Blick ins All <\/h3>\n\n\n\n

Damit das gelingen kann, braucht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus ganz unterschiedlichen Fachrichtungen der Physik und komplement\u00e4re Herangehensweisen. So n\u00e4hert sich etwa die Arbeitsgruppe um ELEMENTS-Sprecher Luciano Rezzolla am Institut f\u00fcr Theoretische Physik der Goethe-Uni dem Problem \u2013 oder vielmehr den Problemen \u2013 mathematisch an. Basierend auf Einsteins Allgemeiner Relativit\u00e4tstheorie errechnet sie zahlreiche Modelle, die die Vorg\u00e4nge in Neutronensternen simulieren. Dabei spielt die ungeheure Anziehungskraft der Neutronensterne eine zentrale Rolle. \u00bbBin\u00e4re Systeme verschmelzender Neutronensterne sind starke Quellen von Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung, die sehr genaue Informationen \u00fcber die makroskopischen Eigenschaften dieser Objekte liefern k\u00f6nnen\u00ab, erkl\u00e4rt Rezzolla. \u00bbMithilfe fortschrittlicher numerischer Simulationen zur L\u00f6sung komplexer Gleichungssysteme k\u00f6nnen wir diese Signale vorhersagen und sie mit tats\u00e4chlichen astronomischen Beobachtungen vergleichen. Indem wir die Multi-Messenger-Natur dieser Signale ausnutzen, sind wir nun endlich in der Lage, unsere Modelle zu verfeinern und seit Jahrzehnten unbeantwortete Fragen wie \u201aWie wird Gold im Universum produziert?\u2018 zu beantworten.\u00ab<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Blick in die Beschleunigerhalle des S-DALINAC an der TU Darmstadt<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Experimente mit kleinsten Teilchen<\/h3>\n\n\n\n

Im Gegensatz dazu wird am Institut f\u00fcr Kernphysik an der Technischen Universit\u00e4t Darmstadt experimentell an der Elemententstehung geforscht. \u00bbWir untersuchen, wie der Erzeugungsprozess allerschwerster Elemente auch in Neutronensternkollisionen zum Erliegen kommt, wenn die Elemente, die schwerer sind als Uran, schneller spalten, als sie durch weitere Neutroneneinf\u00e4nge wachsen k\u00f6nnen\u00ab, erl\u00e4utert Co-Sprecher Norbert Pietralla. \u00bbDazu m\u00f6chten wir unsere Experimente in Zukunft auf Kernspaltungsvorg\u00e4nge in Plutonium und noch schwereren Elementen ausdehnen.\u00ab<\/p>\n\n\n\n

Im hauseigenen Teilchenbeschleuniger S-DALINAC (Superconducting Darmstadt LINear ACcelerator) werden Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und auf die Atomkerne schwerer Elemente geschossen sodass diese gespalten werden. Die dabei entstehenden Fragmente k\u00f6nnen Aufschluss dar\u00fcber geben, wie die Spaltprozesse von in Neutronensternkollisionen gebildeten, sehr schweren Atomkernen ablaufen und so dazu beitragen, die Erzeugung der uns umgebenden Natur und ihrer Elemente zu verstehen.<\/p>\n\n\n\n

So k\u00f6nnen die Experimente die Annahmen der Theoretikerinnen und Theoretiker untermauern. Umgekehrt sind die Praktiker immer wieder auf Berechnungen und Simulationen aus Frankfurt angewiesen, um die gemessenen Daten erkl\u00e4ren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Kollegiale Kooperation<\/h3>\n\n\n\n

Insgesamt arbeiten bei ELEMENTS rund 20 Arbeitsgruppen an unterschiedlichen Aspekten dieser komplexen Prozesse. Um bei den vielen Forschungsprojekten optimal miteinander zu kooperieren, sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in vier interdisziplin\u00e4ren, instituts\u00fcbergreifenden Arbeitsbereichen organisiert, die sich regelm\u00e4\u00dfig online treffen. Auch das Projektteam ist \u00fcberregional unterwegs. So gibt es nicht nur eine Projektleitung mit Assistenz, sondern auch Referentinnen f\u00fcr Forschungsdatenmanagement, Gleichstellung und Wissenschaftskommunikation, die exklusiv f\u00fcr das Cluster t\u00e4tig sind. M\u00f6glich macht dies die F\u00f6rderung des Hessischen Ministeriums f\u00fcr Wissenschaft und Kunst, das ELEMENTS in Vorbereitung auf die Exzellenzstrategie des Bundes seit 2021 finanziert. Nach zwei Jahren intensiver Vorbereitung wurde der Vorantrag Ende Mai dieses Jahres bei der Deutschen Forschungsgesellschaft eingereicht. Jetzt hei\u00dft es Daumen dr\u00fccken.<\/p>\n\n\n\n

Autorin: Phyllis Mania; Bild 1: Luciano Rezzolla; Bild 2: Klaus Mai, TU DA<\/em><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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