Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Bay­reu­ther For­scher drin­gen tief ins Welt­all vor

Pla­ne­ten außer­halb unse­res Sonnensystems

Mehr als 3.500 Pla­ne­ten außer­halb unse­res Son­nen­sy­stems sind bis­her bekannt, dazu zäh­len seit gestern auch sie­ben erd­ähn­li­che Pla­ne­ten in einer Ent­fer­nung von fast 40 Licht­jah­ren. Wie sind die­se „Exo­pla­ne­ten“ auf­ge­baut, wie sind sie ent­stan­den? Das will die neue, von der Deut­schen For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) geför­der­te For­scher­grup­pe „Mate­rie im Inne­ren von Pla­ne­ten“ her­aus­fin­den. Das Baye­ri­sche Geo­in­sti­tut der Uni­ver­si­tät Bay­reuth ist mit drei Pro­jek­ten an die­sem inter­dis­zi­pli­nä­ren Ver­bund betei­ligt, der in den näch­sten drei Jah­ren eine För­der­sum­me von rund zwei Mil­lio­nen Euro erhält.

Die im BGI ange­sie­del­ten Tech­no­lo­gien der Hoch­druck- und Hoch­tem­pe­ra­tur­for­schung sind für die geplan­ten For­schungs­ar­bei­ten unent­behr­lich. Denn die Drücke im Innern von Exo­pla­ne­ten sind in der Regel um ein Mehr­fa­ches höher als im Erd­in­nern, es herrscht eine Hit­ze von meh­re­ren Tau­send Grad Cel­si­us. Sol­che Bedin­gun­gen las­sen sich in den Bay­reu­ther Labo­ra­to­ri­en nach­ah­men – und zwar mit Hil­fe von Dia­mant­stem­pel­zel­len, in denen Mate­ri­al­pro­ben über län­ge­re Zeit extre­men Drücken aus­ge­setzt wer­den. 2016 hat­te Prof. Dr. Leo­nid Dubro­vin­sky, der eines der drei neu­en Pro­jek­te lei­tet, mit spe­zi­el­len Dia­mant­stem­pel­zel­len den Welt­re­kord von mehr als 1 Ter­a­pas­cal (1 Bil­li­on Pas­cal) auf­ge­stellt. Zusam­men mit sei­nem For­scher­team am Baye­ri­schen Geo­in­sti­tut (BGI) will er nun unter­su­chen, wie sich die Haupt­be­stand­tei­le von Exo­pla­ne­ten – vor allem Magne­si­um­oxid, Sili­ka­te, Was­ser, Methan und Ammo­ni­ak – unter extre­men Bedin­gun­gen ver­hal­ten. „Beson­ders inter­es­sant sind Erkennt­nis­se zu Pha­sen­über­gän­gen in Mine­ra­li­en und in mole­ku­la­ren Syste­men. Sie kön­nen uns hel­fen, den inne­ren Auf­bau von Pla­ne­ten in den Tie­fen des Welt­alls bes­ser zu ver­ste­hen“, erläu­tert Dr. Hau­ke Mar­quardt, der ein wei­te­res Pro­jekt aus der Hoch­druck­for­schung in die neue DFG-For­scher­grup­pe ein­bringt. Am BGI lei­tet er seit drei Jah­ren eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe.

Neue empi­ri­sche Daten zu gewin­nen, ist nicht der ein­zi­ge Bay­reu­ther For­schungs­bei­trag. Dr. Gerd Stein­le-Neu­mann wird zusam­men mit sei­ner Arbeits­grup­pe am BGI die Ergeb­nis­se der Hoch­druck-Expe­ri­men­te durch theo­re­ti­sche Model­lie­run­gen ergän­zen. „Bei die­sen For­schungs­ar­bei­ten gehen wir von dem aus, was wir über die Pla­ne­ten unse­res eige­nen Son­nen­sy­stems wis­sen. Um von hier aus Rück­schlüs­se auf Exo­pla­ne­ten zie­hen zu kön­nen, wol­len wir inner­halb der For­scher­grup­pe lei­stungs­star­ke Ver­fah­ren ent­wickeln. Dabei arbei­ten wir mit Hoch­lei­stungs­rech­nern, die rie­si­ge Daten­men­gen mit­ein­an­der ver­knüp­fen kön­nen und unter ande­rem auch hier in Bay­reuth zur Ver­fü­gung ste­hen. Die inter­dis­zi­pli­nä­re Zusam­men­ar­beit in unse­rer Grup­pe umfasst Theo­rie, Model­lie­rung und Expe­ri­men­te“, sagt Stein­le-Neu­mann und betont: „Wohl noch nie haben Phy­si­ker, Che­mi­ker und Mate­ri­al­wis­sen­schaft­ler in Deutsch­land so eng bei der Erfor­schung von Pla­ne­ten außer­halb unse­res Son­nen­sy­stems kooperiert.“

Spit­zen­for­schung im Verbund

Bei ihren Hoch­druck-Expe­ri­men­ten wer­den die Bay­reu­ther Wis­sen­schaft­ler mit Part­nern am Deut­schen Elek­tro­nen-Syn­chro­tron DESY und am Euro­päi­schen Rönt­gen­la­ser XFEL in Ham­burg zusam­men­ar­bei­ten. „Wir wer­den dabei an frü­he­re, sehr erfolg­rei­che Koope­ra­tio­nen anknüp­fen kön­nen“, meint Prof. Dubro­vin­sky. In den letz­ten Jah­ren haben Bay­reu­ther For­scher die DESY-Labo­ra­to­ri­en wie­der­holt genutzt, um Mate­ri­al­pro­ben unter hohem Druck und hohen Tem­pe­ra­tu­ren zu cha­rak­te­ri­sie­ren. „Mit dem Euro­pean XFEL, der im Herbst 2017 sei­nen Betrieb auf­nimmt, wer­den wir in Deutsch­land schon bald auf eine ein­zig­ar­ti­ge Spit­zen­tech­no­lo­gie zugrei­fen kön­nen“, ergänzt der Bay­reu­ther Geo­wis­sen­schaft­ler. Des Wei­te­ren ist das DLR-Insti­tut für Pla­ne­ten­for­schung in Ber­lin an den Arbei­ten der neu­en For­scher­grup­pe betei­ligt, die Gesamt­lei­tung liegt bei der Uni­ver­si­tät Rostock.

Infor­ma­tio­nen zum mate­ri­al­wis­sen­schaft­li­chen Hoch­druck­re­kord an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth und den hier ent­wickel­ten Diamantstempelzellen:
www​.uni​-bay​reuth​.de/​d​e​/​u​n​i​v​e​r​s​i​t​a​e​t​/​p​r​e​s​s​e​/​p​r​e​s​s​e​m​i​t​t​e​i​l​u​n​g​e​n​/​2​0​1​6​/​1​1​6​-​r​e​k​o​r​d​-​h​o​c​h​d​r​u​c​k​f​o​r​s​c​h​u​ng/

Home­page des Baye­ri­schen Geo­in­sti­tuts (BGI):
www​.bgi​.uni​-bay​reuth​.de/

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