Neue Methode simuliert extreme Bedingungen im Labor

DRESDEN / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, um extreme Bedingungen, wie sie im Inneren von Sternen und Planeten herrschen, im Labor zu simulieren.

Die Bedingungen im Inneren von Sternen und Planeten sind extrem und schwer nachzubilden. Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben jedoch eine innovative Methode entwickelt, um diese extremen Zustände im Labor zu simulieren. Dabei nutzen sie einen Kupferdraht, der dünner als ein menschliches Haar ist, und beschießen ihn mit einem ultrakurzen Laserpuls. Diese Technik ermöglicht es, für einen kurzen Augenblick Drücke und Temperaturen zu erzeugen, die denen in der Hülle eines Sterns oder im Inneren eines Planeten ähneln.

Bislang waren für solche Experimente die energiestärksten Laser der Welt notwendig, wie die National Ignition Facility in Kalifornien. Doch das HZDR-Team konnte nun mit einem deutlich kleineren Laser ähnliche Bedingungen schaffen. Der Laser erzeugt Pulse von nur 30 Femtosekunden Dauer, die eine Leistung von 100 Terawatt erreichen. Diese Pulse treffen auf den Kupferdraht und erzeugen eine Stoßwelle, die das Material komprimiert und erhitzt.

Die Forscher nutzten die Röntgenblitze des European XFEL, um die Vorgänge im Draht zu beobachten. Diese Kombination aus Kurzpuls-Laser und Röntgenlaser ist weltweit einzigartig und ermöglichte es, einen unerwarteten Effekt zu beobachten: Die Dichte des Kupfers in der Mitte des Drahtes war kurzzeitig acht- bis neunmal so hoch wie in normalem Kupfer. Die erreichten Drücke und Temperaturen sind vergleichbar mit denen in der Korona eines weißen Zwergsterns.

Diese Methode könnte nicht nur für die Astrophysik von Bedeutung sein, sondern auch für die Fusionsforschung. Derzeit arbeiten mehrere Teams weltweit an der Entwicklung von Fusionskraftwerken, die auf Hochleistungslasern basieren. Mit der neuen Technik könnten Forscher detailliert beobachten, was im Inneren eines Brennstoffkügelchens passiert, wenn es von Laserpulsen getroffen wird. Dies könnte die Grundlagenforschung in diesem Bereich erheblich voranbringen.

Die Ergebnisse der Forscher wurden in der renommierten Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Das Team plant, die Methode weiterzuentwickeln und auch andere Materialien wie Eisen und Kunststoff zu untersuchen. Diese Materialien enthalten Elemente, die in Sternen vorkommen, und könnten weitere Einblicke in die Prozesse im Inneren von Sternen und Planeten bieten.