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Forschung mit den Sternen

Er experimentiert nicht mit Sternen. Aber was in den Hüllen von „Roten Riesen“ oder bei der Explosion von Supernovae passiert, das erforscht Prof. René Reifarth im Cern bei Genf, bei der GSI in Darmstadt und auf dem Campus Riedberg.
Der Kugeldetektor im Keller der Physik soll Geheimnisse der Elemententstehung enthüllen.	Foto: Menzel Der Kugeldetektor im Keller der Physik soll Geheimnisse der Elemententstehung enthüllen. Foto: Menzel
Frankfurt. 

Es klingt verrückt. Experimentelle Astrophysik, das geht doch gar nicht. Die Sterne sind so weit weg, wie soll man an ihnen experimentieren? René Reifarth (38) lacht. „Die Prozesse, die in Sternen ablaufen, kann man sehr wohl untersuchen. Nicht nur mit Computersimulationen, sondern auch mit richtigen Experimenten“, sagt er.

Im Grunde ist es gar nicht so schwierig. Schwere Elemente - also alle Elemente im Periodensystem, die jenseits von Helium stehen - werden in Sternen erzeugt. Alle Elemente bis zum Eisen entstehen durch die Fusion von leichteren Atomkernen im Inneren des Sterns, dann aber explodiert der Stern in einer Supernova, stößt seine Hüllen ab, diese, angereichert mit schweren Elementen, breiten sich wie eine Blase aus, und für kurze Zeit entstehen in der Hülle auch schwerere Elemente als Eisen.

„Das geschieht durch Neutroneneinfang“, so Reifarth. Jede Menge Neutronen werden frei, vom Atomkern eingefangen, und durch den radioaktiven Beta-Zerfall verwandeln sich überzählige Neutronen in Protonen. Wie genau das geschieht, welche radioaktiven Elemente entstehen, wann endlich stabile Elemente entstehen und wie schwierig das ist, das erforscht der Physiker im Labor, experimentell. Zum Beispiel mit der Neutronenquelle mit dem Namen „Franz“ (Frankfurt neutron source at the Stern-Gerlach-Zentrum). Ihre Fertigstellung ist für 2014 geplant. „Es wird die intensivste Neutronenquelle für Astrophysik werden“, so Reifarth. Dabei stoßen Protonen mit hoher Energie auf Lithium. Dieses stößt Neutronen aus, die in alle Richtungen fliegen - auch in einen kugelförmigen, rund ein Meter großen Detektor. „Dort sitzt dann eine Probe, die mit Neutronen beschossen wird, und wir messen, welche Elemente daraus entstehen.“

Die wenigsten Atomkerne sind stabil, die meisten zerfallen weiter, bis irgendwann stabile Elemente übrig bleiben. Vieles in den Prozessketten, die sich genau so auch in den Hüllen einer Supernova oder eines Roten Riesen abspielen, ist noch nicht bekannt, es gibt nur Modellvorstellungen.

Die Frankfurter Forscher um Reifarth - sein Institut für experimentelle Astrophysik hat etwa 40 Mitarbeiter - wollen das Ergebnis ihrer Messungen mit den Modellen vergleichen. „Wir können noch viel über die Sterne lernen“, ist der Physiker überzeugt.

Nicht zuletzt sind die Experimente zum Beta-Zerfall auch wichtig, um radioaktiven Müll aus Atomkraftwerken durch den Beschuss mit Neutronen in harmlosere Stoffe zu verwandeln und dabei sogar noch Energie zu erzeugen. „Das wäre natürlich toll“, sagt Reifarth. Und er hält es für möglich.

René Reifarth ist seit 2007 bei der Goethe-Universität. In den fünf Jahren nach seiner Promotion 2002 hat er in den USA geforscht.

(Thomas J. Schmidt)
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