Nukleare Astrophysik

Übergangsbereich zwischen Kernphysik und Astrophysik

Als Nukleare Astrophysik wird der Übergangsbereich zwischen Kernphysik und Astrophysik bezeichnet. Forschungsthema sind Phänomene und Wechselwirkungen in Zusammenhang mit

Zu diesen Forschungsbereichen gehört auch die Entwicklung von Technologien zur Beobachtung und Untersuchung dieser Wechselwirkungen, beispielsweise zur Neutrinooszillation, zum Nachweis von Teilchen oder zur nuklearen Altersbestimmung von Meteoriten—und nicht zuletzt die Entwicklung von Theorien zur Interpretation der Beobachtungen und Phänomene.

Traditionell wird die Astrophysik einerseits nach dem Spektralbereich der eintreffenden Strahlung eingeteilt (Radio- und Infrarotastronomie, Spektroskopie, UV-, Röntgen- und Gammaastronomie), andererseits nach den untersuchten Himmelsobjekten (v. a. Planetologie, Sonnenphysik, Stellarphysik und Sternentwicklung, interstellare Materie, Galaxienforschung und Kosmologie). Demgegenüber hat die nukleare Astrophysik eine mehr integrative Vorgangsweise und ist keine vorwiegend beobachtende Wissenschaft, sondern hat auch stark theoretische Elemente sowie experimentelle Methoden in Verbindung mit der Kernphysik.

Nukleosynthese in SternenBearbeiten

Zu diesem grundlegenden Prozess der Energieerzeugung in allen sonnenähnlichen und schwereren Sternen forscht die nukleare Astrophysik vor allem in folgenden Bereichen:

Sternkollaps, kompakte SterneBearbeiten

Die Bildung sehr kompakter Himmelskörper ist eine relativ neue Forschungsrichtung und befasst sich u. a. mit:

Theorie der SupernovaeBearbeiten

Die Explosion im Endstadium sehr massereicher Sterne ist erst durch wenig Messdaten gestützt, weil die bisher beobachteten Supernovae bis auf zwei Ausnahmen für genaue Spektroskopie zu weit entfernt waren. Daher tragen vor allem astrophysikalische Theorien zu diesem Forschungsgebiet bei:

PlanetologieBearbeiten

Für Körper unseres Sonnensystem sind u. a. folgende nukleare Themen relevant:

Kernphysik und KosmologieBearbeiten

Bei der Erforschung der Anfänge des Universums sind derzeit die Fragen nach der Elemententstehung und sehr energiereicher Phänomene (Gravitationswelle, Gammablitze) der Galaxien-Entwicklung und der Großstruktur des Universums besonders aktuell:

Verbindung von Astro- und KernphysikBearbeiten

Die beiden Fachgebiete überschneiden sich zunehmend, beispielsweise bei

Zur Kooperation von Kern- und Astrophysik trägt seit längerem auch das Projekt ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice) am Proton Synchrotron Booster des CERN in Genf bei. Es dient zur Erzeugung radioaktiver Ionenstrahlen und kann in speziell erhitzten Materialien radioaktive Nuklide von 70 chemischen Elementen erzeugen, vielfältig ionisieren und analysieren. Primär für Atomphysik, Material- und Biowissenschaften konzipiert, ist es auch für die nukleare Astrophysik nutzbar, etwa bei Halokernen.

Diese sehr instabilen Kerne nahe der drip line (‘Abtropfkante’) beim Spontan-Zerfall durch Emission von Neutronen (neutron drip line) bzw. Protonen (proton drip line) sind für das Verständnis des schnellen Protoneneinfangs in der stellaren Nukleosynthese von Bedeutung. Durch ISOLDE wurden beispielsweise die relevanten Prozesse des Drei-Alpha-Prozesses und des r-Prozesses bei Massenzahlen von etwa 130 untersucht.[1] Durch Messungen an 7Be wird auch das Solaren Neutrinodefizit, weil das Beryllium-Isotop bei Protoneneinfang eine Quelle solarer Neutrinos ist.

ExperimenteBearbeiten

Von vielen relevanten Experimenten seien erwähnt:

Siehe auchBearbeiten

Literatur und WeblinksBearbeiten

  • Albrecht Unsöld, Bodo Baschek: Der neue Kosmos. Einführung in die Astronomie und Astrophysik, 7. Auflage, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg 2005
  • J.Bennett, M.Donahue et al.: Astronomie. Die kosmische Perspektive (Hrsg. Harald Lesch), 5., aktualisierte Auflage (1170 S.); Pearson Studium Verlag, München 2011, ISBN 978-3-8273-7360-1
  • Rudolf Kippenhahn: Kosmologie für die Westentasche. Piper-Verlag, München-Zürich 2003

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. E. Dreisigacker: r-Prozess auf den waiting-point gebracht: Neue Erkenntnisse zur Nukleosynthese. In: Physikalische Blätter. Band 42, Nr. 12, 1986, S. 412. doi:10.1002/phbl.19860421206 (freier Volltext)