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Atmosphäre des Weißen Zwergs im Labor nachgebildet
Weiße Zwerge sind die glühenden Kohlenstoffklumpen, die übrig bleiben, nachdem Sterne ihren gesamten Brennstoff verbraucht haben. Sie sind heiß, dicht und klein, typischerweise mit der Masse der Sonne, die in das Volumen der Erde gepackt ist.
Die Struktur dieser Objekte ist komplex. Astronomen können die glühende Kohlenglut nicht sehen, weil Weiße Zwerge immer von einer dünnen, dichten Gasschicht umgeben sind, die von der starken Schwerkraft des Sterns angezogen wird.
Es ist dieses Gas, das bei Temperaturen zwischen 8000 K und 16.000 K mit einem intensiven weißen Licht leuchtet – im Vergleich dazu beträgt die Atmosphäre der Sonne etwa 6000 K. Das Gas ist größtenteils Wasserstoff, kann aber auch Helium, verschiedene Metalle und Kohlenstoff enthalten.
Diese Elemente sind alle leicht zu identifizieren, indem man sich die charakteristischen Frequenzen ansieht, bei denen die Elemente Licht emittieren und absorbieren, eine Technik, die als Spektroskopie bekannt ist. Die starke Hitze und der Druck an der Oberfläche dieser Sterne verzerren jedoch die Spektren, wodurch sich beispielsweise die Linien ausbreiten.
Das ist praktisch für Astronomen, da sie diese Verzerrungen verwenden können, um den Druck an der Oberfläche zu berechnen, der von der Oberflächengravitation abhängt. In Kombination mit anderen Daten, wie beispielsweise Temperaturmessungen, können so Radius und Masse des Sterns ermittelt werden.
Die Spektroskopie ist also ein äußerst mächtiges Werkzeug.
Es gibt jedoch ein Problem. Die so berechneten Masse und Radius stimmen nicht immer mit den auf andere Weise berechneten Werten überein, etwa durch die Messung der Bewegung des Sterns durch den Raum.
Daher wollen Astronomen die Prozesse besser verstehen, die die Spektren der Atmosphären von Weißen Zwergen beeinflussen.
Betreten Sie Ross Falcon in den Sandia National Laboratories in New Mexico und einige Freunde. Sandia hat zufällig das leistungsstärkste Röntgengerät der Welt, ein Gerät, das als Z Pulsed Power Facility bekannt ist.
Diese Jungs verwenden Röntgenstrahlen von dieser Maschine, um eine dünne Goldwand am Ende eines Reagenzglases mit Wasserstoff zu erhitzen. Das Gold erhitzt den Wasserstoff schnell und erzeugt ein Plasma hoher Dichte bei einer Temperatur von ungefähr 10.000 K.
Das reproduziert mehr oder weniger genau die Bedingungen in der Atmosphäre eines Weißen Zwergs. Falcon und Co messen dann das Spektrum des Gases, um zu sehen, wie die Bedingungen es beeinflussen.
Mit den Daten konnten diese Jungs die Astronomenmodelle der Atmosphären des Weißen Zwergs verfeinern, um beispielsweise die Sterne selbst, ihre Masse und ihren Radius, besser zu verstehen.
Die Arbeit ist jedoch noch lange nicht beendet. Falcon und Co wollen nun einige der anderen Elemente einbeziehen, die in den Spektren der Weißen Zwerge vorkommen. Sie haben erste Experimente mit Helium begonnen und hoffen, in naher Zukunft die Spektren von Kohlenstoff und Sauerstoff untersuchen zu können.
Darüber hinaus wollen Falcon und Co. die starken Magnetfelder, die um einige Weiße Zwerge herum existieren, nachbilden, um zu sehen, welchen Einfluss diese auf die Spektren haben.
Das ist einfacher gesagt als getan. Die Z Pulsed Power Facility hat kein Problem damit, starke Magnetfelder zu erzeugen – die Schwierigkeit besteht darin, sie in einem Experiment kontrolliert einzusetzen. Es gibt also Arbeit von Falcons Gruppe und anderen, die ebenfalls bei Sandia arbeiten.
Aber die Oberfläche von Sternen auf der Erde nachzubauen – das ist cool.
Ref: arxiv.org/abs/1210.0832 : Weiße Zwerg-Photosphären im Labor herstellen: Strategie für Astrophysik-Anwendungen