Wie kosmische Materiestrahlen entstehen

Stark gebündelte Materiestrahlen spielen eine wichtige Rolle bei vielen astrophysikalischen Phänomenen - Laborexperimente liefern nun neue Erkenntnisse über ihre Entstehung

Materiestrahl in der Entstehung
Materiestrahl in der Entstehung

Rochester (USA)/London (Großbritannien) - Von jungen Sternen bis zu supermassiven Schwarzen Löchern: Überall beobachten die Astronomen hoch energetische Materiestrahlen, so genannte Jets. Mit hoher Geschwindigkeit schießen hier elektrisch geladene Teilchen, gebündelt durch starke Magnetfelder, ins Weltall hinaus. Jetzt gelang es einem internationalen Forscherteam in Laborexperimenten, die Entstehung dieser Jets nachzuvollziehen. Die Versuche zeigen unter anderem, wie die Strahlen zu ihren vielfältigen Formen kommen, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt "Astrophysical Journal Letters".

"Die vorherrschende Theorie sagt, dass die Jets gleichmäßige Materieströme sind", erläutert Adam Frank von der University of Rochester im US-Bundesstaat New York, einer der beteiligten Forscher. "Trifft der Strom auf Gas in der Umgebung, so zerfällt er und bildet Knoten. Doch das scheint nicht zu stimmen. Unsere Experimente zeigen, dass die Jets nicht gleichmäßig strömen, sondern eher wie einzelne Kugeln heraus gefeuert werden. Sie zerfallen nicht in Knoten, sie bilden von Anfang an Knoten."

Am Imperial College London feuerte ein Team unter der Leitung von Sergey Lebedev ultrakurze Energiepulse auf eine Aluminiumscheibe. Innerhalb von Milliardstel Sekunden verdampfte das Aluminium und bildete eine Plasmawolke - ganz ähnlich den Plasmawolken um junge Sterne oder Schwarze Löcher. In der Mitte der Aluminiumscheibe entstand ein Loch, durch das ein starkes Magnetfeld austreten konnte.

Die Forscher konnten dann beobachten, dass das Magnetfeld in dem Plasma zunächst zur Bildung einer Blase führt. Wenn das Magnetfeld weiter vordringt und die Blase anwächst, kommt es jedoch zu einer Verwirbelung der magnetischen Feldlinien. Ein Knoten entsteht, der die Blase nach außen katapultiert - und nahezu gleichzeitig bildet sich am Boden der Scheibe eine neue Blase heraus und der Vorgang beginnt von vorn. Die Bildung von Knoten in magnetisch gebündelten Materiestrahlen scheint also ein ganz elementarer Vorgang zu sein, so Frank, und keine zusätzliche Wechselwirkung mit Materie aus der Umgebung zu erfordern.