Eine hervorragende Leistung: Magnetisierte Raumwinde im Labor

Neue Erkenntnisse wurden über Sternwinde gewonnen, Ströme von schnell geladenen Teilchen, genannt Plasma, die durch den interstellaren Raum fliegen. Diese Winde, die durch Eruptionen von Sternen oder Sternexplosionen entstehen, tragen starke Magnetfelder mit sich, die mit anderen Magnetfeldern interagieren oder diese beeinflussen können, wie beispielsweise solche, die Planeten wie die Erde umgeben. Unsere eigene Sonne erzeugt einen solchen Sternwind, den Sonnenwind, der mit einer Geschwindigkeit von Millionen von Meilen pro Stunde Plasma in das Sonnensystem bläst. Dieser Sonnenwind ist verantwortlich für die Erzeugung von „Weltraumwetter“ – eine große Gefahr für Satelliten und Raumfahrzeuge sowie für elektrische Netze auf der Erde. Um diese Prozesse zu verstehen, nutzen die Forscher Laborexperimente, um Magnetströme aus der Nähe zu untersuchen. Wissenschaftler aus zwei Labors, die vom Department of Energy finanziert werden, werden ihre Arbeiten auf dem Treffen der American Physical Society Division of Plasma Physics in Portland, Ore, vorstellen.

Im MAGPIE-Labor des Imperial College London verwenden Experimente einen intensiven Stromimpuls, um dünne Drähte zu explodieren, die Federn von geladenen Teilchen bilden, die sich schneller als die Schallgeschwindigkeit bewegen. Die Partikel werden auf Ziele mit Magnetfeldern gerichtet, die die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit Planeten wie Erde, Jupiter oder Saturn simulieren (Abbildung 1).

„Die Kollision des Sonnenwindes mit dem Magnetfeld eines Planeten kann eine Region des Weltraums mit extra heißem, extra dicht geladenem Gas namens Magnetopause sowie einen Bereich mit niedrigem Druck direkt dahinter erzeugen, analog dazu, wie man während eines intensiven Sturms hinter einer Windjacke stehen könnte“, sagte Lee Suttle, ein Wissenschaftler am Imperial College London. In jüngster Zeit konnten die Forscher des MAGPIE-Labors einige der wichtigen Merkmale dieser Kollision im Labor reproduzieren.

In einer anderen Laborstudie werden mit Hochleistungslasern Sternwinde untersucht, die von den energiereichsten Objekten des Universums, wie aktiven galaktischen Kernen und Pulsare, erzeugt werden. Durch die Fokussierung eines Lasers auf eine kleine Fläche eines Metalls werden Elektronen auf Energien erhitzt, die so hoch sind, dass sie sich mit Geschwindigkeiten bewegen, die nahe der Lichtgeschwindigkeit liegen (Abbildung 2).

„Die Elektronen dehnen sich in einer Scheibe entlang der Folienoberfläche aus und erzeugen riesige Magnetfelder“, sagt Louise Willingale, die Leiterin der Studie an der University of Michigan. Die Energie in diesem Magnetfeld ist so extrem, dass sie größer ist als die in der Masse aller Elektronen gespeicherte Energie (gegeben durch die berühmte Formel E=mc2, wobei E Energie ist, m die Elektronenmasse und c die Lichtgeschwindigkeit ist).

Ein einzelner Laserpuls kann Plasma mit Magnetfeldern erzeugen, die in eine Richtung zeigen. Ein zweiter Impuls kann Plasma erzeugen, dessen Felder in die entgegengesetzte Richtung zeigen. Wenn diese beiden Plasmen zusammengedrückt werden, erzeugen die gegenüberliegenden Felder eine enorme Spannung. Die Plasmen entlasten diese Spannung durch eine magnetische Wiederverbindung: Die gegenläufig gerichteten Magnetfelder setzen ihre Energie bei einer großen Explosion frei. Der Bereich der magnetischen Wiederverbindung erscheint im Experiment als heller Bereich der Röntgenstrahlung.

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