Dynamik von Neutronensternen verstehen

Spitzenforschungs-Projekt von Goethe-Universität Frankfurt und TU Darmstadt

2021/02/01

Was passiert, wenn Neutronensterne miteinander verschmelzen und dabei Gravitationswellen und schwerste chemische Elemente produzieren? Dies werden Physikerinnen und Physiker der TU Darmstadt und der Goethe-Universität Frankfurt in ihrem Forschungsverbund ELEMENTS gemeinsam erforschen. Das Projekt wird im Rahmen der Förderlinie „Clusterprojekte“ des Landes Hessen zur Vorbereitung auf die nächste Runde der Bund-Länder-Exzellenzstrategie bis 2025 mit 7,9 Millionen Euro gefördert.

Elektronenbeschleuniger S-DALINAC der TU im Institut für Kernphysik

„Die Entscheidung freut mich außerordentlich“, sagte TU-Präsidentin Professorin Tanja Brühl. „Sie würdigt die Synergien zwischen herausragender universitärer und außeruniversitärer Forschung. Die hier verankerte, weltweit einmalige Infrastruktur an Teilchenbeschleunigern inklusive der künftigen FAIR-Anlage wird zu einer erfolgreichen Zukunft beitragen.“ Brühl fügte hinzu, dass das Projekt auch die von den Universitäten Mainz, Frankfurt und Darmstadt gebildete Allianz der Rhein-Main-Universitäten stärke.

ELEMENTS vereint die starken Forschungskräfte mehrerer international führender Institutionen. Neben der Goethe-Universität Frankfurt und der TU Darmstadt, die zu gleichen Teilen das Projekt anführen, sind auch die Universität Gießen und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt beteiligt. Durch diesen Verbund können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre herausragende Expertise in Gravitationsphysik und in der Physik von Nuklearreaktionen verknüpfen sowie die Beschleunigeranlagen in Darmstadt – die entstehende FAIR-Anlage an der GSI und den Elektronenbeschleuniger S-DALINAC der TU im Institut für Kernphysik – synergetisch nutzen.

Zudem möchten die Physikerinnen und Physiker mit ELEMENTS eine Lücke schließen: Mithilfe einer geplanten Einwerbung einer gemeinsamen Alexander-von-Humboldt-Professur an den Universitäten in Frankfurt und Darmstadt soll die astronomische Beobachtung der Vorgänge in und um Neutronensterne gestärkt werden.

Studium der schweren chemischen Elemente

Professor Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla, Sprecher des Projekts „ELEMENTS“.

ELEMENTS wird Neutronensterne studieren, die gerade noch sichtbaren, ‚kleinen Brüder‘ von Schwarzen Löchern. 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 sind beide Phänomene für Forschende auf der ganzen Welt sehr spannend. Neutronensterne erlauben, anders als Schwarze Löcher, sogar Blicke in ihr Inneres.

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 der Physikerinnen und Physiker an der TU Darmstadt – die dabei entstehenden schweren chemischen Elemente. Das Leuchten einer Kilonova wurde von in Darmstadt tätigen Physikerinnen und Physikern vor einigen Jahren erfolgreich vorhergesagt.

sip/feu