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Kosmische Jets als gigantisches Feuerwerk junger Sterne

Foto: ESO-L-Calada

Kosmische Jets als gigantisches Feuerwerk junger Sterne

Astrophysikalische Jets gehören zu den spektakulärsten Phänomenen des Universums. Ein neues Modell erklärt, wie Magnetfelder solche Ausstöße in jungen Sternen formen.

Wann immer ein Objekt im Weltall um sich herum eine rotierende Scheibe aus Materie bildet, stehen die Chancen gut, einen „Jet“ zu beobachten. Dabei handelt es sich um einen dünnen, geradlinigen Ausstoß von Materie, der sich vom Zentrum der Scheibe ausbreitet und dem Gebilde insgesamt die Form eines Kreisels gibt. Insbesondere bei der Entstehung von Sternen kann man derartige Strukturen beobachten, doch bislang ist nicht geklärt, wie genau sich die dünnen Strahlen inmitten der Scheibe formen.

Junge Sterne im Miniaturformat

Zusammen mit Kollegen aus Europa, Amerika und Asien haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) den Prozess im Labor nachgestellt: Eine Probe aus Kunststoff wurde hierzu am Labor für die Anwendung intensiver Laserstrahlen (LULI) in Frankreich mit einem Laser beschossen. Dadurch gerieten die Elektronen im Inneren der Probe in Bewegung und das zuvor feste Kunststoff-Objekt verwandelte sich zum leitfähigen Plasma. „Man muss sich darunter eine Art ‚heiße Wolke‘ aus Elektronen und Ionen vorstellen, die sich sehr schnell ausbreitet. In kleinem Maßstab repräsentiert das Plasma die Materieansammlung eines jungen Sterns“, erläutert Professor Thomas Cowan, Co-Autor der Studie und Direktor des Instituts für Strahlenphysik am HZDR.

Bedingungen wie im Universum

Zugleich – und das war ein entscheidender Kniff des Experiments – wurde das Plasma einem sehr starken, gepulsten Magnetfeld ausgesetzt. Die Hypothese der Physiker: Unter Einfluss des Magnetfelds fokussiert sich das normalweise breit gestreute Plasma und bildet eine Aushöhlung im Inneren. Dies führt schließlich zu einer Stoßwelle, aus der ein sehr dünner Strahl hervorgeht – ein Jet.

Das Experiment wurde so konstruiert, dass es auf die real im Universum anzutreffenden Bedingungen hochgerechnet werden kann: In nur 20 Nanosekunden – über 100.000 Mal schneller als der Flügelschlag einer Fliege – bildet das Labor-Plasma Strukturen aus, wie der Jet eines jungen Sterns in rund sechs Jahren. Auf diese Weise konnte das Modell mit den astronomischen Beobachtungen überprüft werden, die seit einigen Jahren durch Weltraumteleskope möglich sind. Dabei zeigte sich eine sehr genaue Übereinstimmung der Daten.

Zusätzlicher Nutzen für die Krebstherapie?

Die Erkenntnis, dass sich ein Plasma derart fokussieren lässt, könnte zudem auch einen praktischen Nutzen für die Medizin haben und bei der Krebstherapie weiterhelfen. So sei es laut Cowan denkbar, dass mit Hilfe von gepulsten Magnetfeldern ein besonders dünner Protonenstrahl für die Strahlentherapie erzeugt werden könnte. Florian Kroll, HZDR-Doktorand und Co-Autor der Studie, erforscht genau dieses Thema.

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