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Plasmaphysik: Bedingungen wie um Schwarzes Loch im Labor erzeugt

Quasar
Mit Hilfe von Hochleistungslasern haben Wissenschaftler um Shinsuke Fujioka von der Universität Osaka in Japan extreme Materiezustände erzeugt, wie sie etwa in der Nähe eines Schwarzen Lochs vorzufinden sind. Auf diese Weise wollen sie nun im Labor die Prozesse untersuchen, die in der Umgebung außergewöhnlich massereicher Objekte ablaufen, und damit die Interpretation astronomischer Messdaten verbessern.

Akkretionsscheibe | Materie sammelt sich in einer rotierenden Scheibe um ein Schwarzes Loch, wobei sie sich aufheizt und Licht abstrahlt.
Die Forschergruppe beschoss eine hohle, rund 0,5 Millimeter große Plastikkugel, ausgekleidet mit einer dünnen Siliziumschicht, mit einem 300-Gigawatt-Laser. Die Hülle implodierte daraufhin, und im Zentrum entstand ein Siliziumplasma, das Röntgenstrahlen emittierte. Deren Spektrum verglichen Fujioka und seine Kollegen dann mit der von zwei Doppelsternsystemen ausgesendeten Strahlung: Cygnus X-3, bestehend aus einem Schwarzen Loch oder Neutronenstern und einem Begleitstern, sowie Vela X-1, das sich aus einem Neutronenstern und einem Superriesen zusammensetzt. Tatsächlich glich die künstlich erzeugte Emission auffallend derjenigen aus astrophysikalischen Quellen.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Spektrallinie einen anderen Ursprung aufweist als bisher angenommen. Damit sind frühere Interpretationen von derlei Spektren womöglich fehlerhaft, spekulieren Fujioka und Kollegen. Liegen die Wissenschaftler richtig, könnte dies tatsächlich die bisher gezogenen Schlüsse ändern, meint auch R. Paul Drake von der University of Michigan in Ann Arbor in einem begleitenden Artikel, zum Beispiel die aus den Messdaten abgeleitete Struktur der Umgebung von kompakten Objekten.

Die meisten Plasmen bestehen aus Gasatomen, die durch Kollisionen mit Elektronen und heißen Gasatomen ionisiert wurden, wie etwa das Gasgemisch in der Sonne. Schwarze Löcher sind dagegen von Plasmen umgeben, die durch Photonen ionisiert wurden. Diese stammen aus den inneren Regionen der Gas- und Staubsscheibe um eine Schwarzes Loch, wo die Materie sich auf enorme Temperaturen aufheizt und daraufhin kurzwellige Strahlung aussendet. Diese "photoionisierten" Plasmen erzeugen ein charakteristisches Röntgenspektrum, wie nun im Labor nachgestellt. (mp)

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