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Der Stoff aus dem die Sterne sind

Sterne sind nicht nur funkelnde Lichter am Nachthimmel oder der für uns alles erhellende Tagesstern, die Sonne. Sterne sind brodelnde Feuerbälle und Objekte der Extreme: Der enorm große Druck und die unvorstellbar hohen Temperaturen in ihrem Inneren führen dazu, dass sich Materie in einem Zustand befindet, der auch als vierter Aggregatzustand – Plasma – bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um ein Gemisch aus Atomen, Ionen und Elektronen mit extremer Dichte und Temperatur, weshalb man auch von Warmer Dichter Materie spricht. Je nachdem, wie das Plasma in Bezug auf Teilchendichten, Temperaturen oder Stärke der Felder (z.B. elektrisch, magnetisch oder gravitativ) beschaffen ist, kann es sich wie ein Gas, aber auch vollkommen anders, verhalten. So beschreibt die Magnetohydrodynamik in bestimmten Fällen ein Plasma durch ein elektrisch leitendes Gas. Generell müssen bei der Untersuchung von Plasmen jedoch auch Transportprozesse wie Strahlungs-, Energie-, Teilchen- oder Impulstransport sowie Ionisationsgrad und einige andere Faktoren beachtet werden, was eine genaue Beschreibung eines Plasmas extrem komplex macht. Typisch für Plasmen ist zudem ihr Leuchten, dass durch Anregung und der daraus folgenden Strahlungsemission der Atome, Ionen oder Moleküle verursacht wird. Sehr kalte Plasmen, wie sie z.B. im All vorkommen, oder extrem heiße Plasmen, wie im Zentrum von Sternen, bilden hier die Ausnahme. Hochrechnungen ergaben, dass sich rund 99% der gesamten sichtbaren Materie des Universums, wie sie z.B. in Sternen, Galaxien oder kosmischen Nebeln vorkommt, im Plasmazustand befindet.

Dennoch gelang es bislang nicht, die Rätsel dieses Zustandes endgültig zu klären.

Ein Forscherteam um die Physikerin Dr. Katerina Falk am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) soll dies nun ändern und geht der Warmen Dichten Materie in den kommenden sechs Jahren auf den Grund. Dabei stellen sie sich dem bislang größten Hindernis der Plasmaforschung: Die Materieform ist im Labor und experimentell kaum untersuchbar und ließ sich mit herkömmlichen Methoden so gut wie nicht direkt erforschen. Aus diesem Grund will das Team zukünftig geeignete Verfahren entwickeln, die die Untersuchungen erleichtern sollen. Dazu sollen unter anderem die beiden Hochleistungslaser DRACO und PENELOPE des HZDR genutzt werden: Falk plant, durch extrem intensive Laserpulse, die auf eine gasförmige Probe geschossen werden, im Labor ein Plasma zu erzeugen. Dabei soll der Puls Elektronen aus den Probe-Atomen entfernen, wodurch eine „Blase“ im Plasma erzeugt wird, die ein intensives elektrisches Feld enthält. Dieses Feld wird vom Laser mitgezogen und fängt so die Elektronen ein und beschleunigt sie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Die dabei entstehende Strahlung kann genutzt werden, um Materie zu durchleuchten. Kombiniert mit neuen Techniken der Elektronenstreuung erhoffen sich Falk und ihr Team, neue Erkenntnisse über Vorgänge in Warmer Dichter Materie zu erhalten. So sollen Strahlungstransport, Wärmeübertragung oder die elektrische Leitfähigkeit im Plasma genauer untersucht werden. Mit den neuen Ergebnissen kann dann auch den Vorgängen in Sternen wie unserer Sonne genauer auf den Grund gegangen und ihr „Verhalten“ besser erklärt werden.

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