13.10.2020

Ohne Rumms kein Blei

Herkunft schwerer Elemente im All steht im Zentrum des geplanten Clusterprojekts Elements.

Was passiert, wenn Neutronensterne miteinander verschmelzen und dabei Gravitations­wellen und schwerste chemische Elemente produzieren? Diese Fragen stehen im Mittelpunkt des geplanten Projekts Elements, für das Physiker der TU Darmstadt gemeinsam mit Kollegen der Goethe-Universität Frankfurt Förder­mittel im Rahmen der Förderlinie Cluster­projekte des Landes Hessen beantragt haben. Sie planen damit Arbeiten auf einem Feld, das aktuell im Fokus der Wissenschaft steht: Für ihre Forschung zu den „großen Brüdern“ der Neutronensterne, den schwarzen Löchern, wurden gerade Reinhard Genzel, Andrea Ghez und Roger Penrose mit dem Physik-Nobelpreis geehrt.

 

Abb.: Elektronenbeschleuniger S-Dalinac am Institut für Kernphysik (Bild: TU...
Abb.: Elektronenbeschleuniger S-Dalinac am Institut für Kernphysik (Bild: TU Darmstadt)

Das Projekt Elements vereint die starken Forschungskräfte mehrerer international führender Institutionen. Neben der Goethe-Universität Frankfurt als Konsortial­führerin und der TU Darmstadt sind auch die Universität Gießen und das GSI Helmholtz­zentrum für Schwerionen­forschung in Darmstadt beteiligt. Durch diesen Verbund können die Wissenschaftler auf einzigartige Voraus­setzungen zurückgreifen: Expertise in Gravitations­physik und in der Physik von Nuklear­reaktionen sowie Infrastruktur wie die Beschleuniger­anlagen in Darmstadt – die entstehende FAIR-Anlage an der GSI und den Elektronen­beschleuniger S-Dalinac Elements TU im Institut für Kernphysik. Zudem möchten die Physiker mit Elements eine Lücke schließen. Als eine der wesentlichen Maßnahmen bemüht sich das Projekt um die Ansiedelung einer gemeinsamen Alexander-von-Humboldt-Professur an den Universitäten in Frankfurt und Darmstadt. Diese soll sich der astronomischen Beobachtung der Vorgänge in und um Neutronen­sternen widmen, einem Forschungsfeld, das in Hessen bisher vollständig fehlt.

Elements wird Neutronensterne studieren. Sie entstehen nach dem Ausbrennen eines Sterns, wenn dieser nicht massereich genug war, um nach seinem Ende durch den eigenen Gravitations­druck zu einem schwarzen Loch zusammengepresst zu werden. Neutronen­sterne sind, wie auch schwarze Löcher, Ursache für extreme Raum-Zeit-Krümmungen, und wenn Neutronensterne oder schwarze Löcher verschmelzen, entstehen nachweisbare Gravitations­wellen. Wegen ihrer kosmischen Auswirkungen und extremen Bedingungen stehen beide Phänomene im Blick der Forschung.

Neutronensterne erlauben jedoch im Gegensatz zu schwarzen Löchern auch Blicke in ihr Inneres und sie sind auch „produktiv“. So sind Neutronen­stern­verschmelzungen als Kilonovae am Himmel sichtbar und die einzigen bekannten Objekte im Universum, die durch Kernreaktionen unter extremen Bedingungen die schwersten chemischen Elemente erzeugen. Das Projekt Elements erforscht die Dynamik in der Verschmelzung zweier Neutronen­sterne und untersucht dabei auch das Gravitationsfeld, die Kernmaterie und – Schwerpunkt­thema an der TU Darmstadt – die dabei entstehenden schweren chemischen Elemente. So wurde etwa das Leuchten einer Kilonova von in Darmstadt tätigen Physikern vor einigen Jahren erfolgreich vorhergesagt.

Für Elements hat das Forschungs­konsortium einen Antrag auf Förderung im Rahmen der einmaligen Förderlinie Cluster­projekte beim Land Hessen beantragt. Mit der Förderlinie sollen international wettbewerbsfähige Forschungs­felder an Universitäten und Universitäts­verbünden projektbezogen gefördert werden, um sie damit weiter zu profilieren und für eine erfolgreiche Antragsstellung in der nächsten Runde der Exzellenz­strategie vorzubereiten.

TU Darmstadt / DE

 

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