Nukleare Astrophysik

Als Nukleare Astrophysik wird der Übergangsbereich zwischen Kernphysik und Astrophysik bezeichnet. Forschungsthema sind Phänomene und Wechselwirkungen in Zusammenhang mit

Zu diesen Forschungsbereichen gehört auch die Entwicklung von Technologien zur Beobachtung und Untersuchung dieser Wechselwirkungen, beispielsweise zur Neutrinooszillation, zum Nachweis von Teilchen oder zur nuklearen Altersbestimmung von Meteoriten—und nicht zuletzt die Entwicklung von Theorien zur Interpretation der Beobachtungen und Phänomene.

Traditionell wird die Astrophysik einerseits nach dem Spektralbereich der eintreffenden Strahlung eingeteilt (Radio- und Infrarotastronomie, Spektroskopie, UV-, Röntgen- und Gammaastronomie), andererseits nach den untersuchten Himmelsobjekten (v. a. Planetologie, Sonnenphysik, Stellarphysik und Sternentwicklung, interstellare Materie, Galaxienforschung und Kosmologie). Demgegenüber hat die nukleare Astrophysik eine mehr integrative Vorgangsweise und ist keine vorwiegend beobachtende Wissenschaft, sondern hat auch stark theoretische Elemente sowie experimentelle Methoden in Verbindung mit der Kernphysik.

Nukleosynthese in Sternen

Zu diesem grundlegenden Prozess der Energieerzeugung in allen sonnenähnlichen und schwereren Sternen forscht die nukleare Astrophysik vor allem in folgenden Bereichen:

Sternkollaps, kompakte Sterne

Die Bildung sehr kompakter Himmelskörper ist eine relativ neue Forschungsrichtung und befasst sich u. a. mit:

Theorie der Supernovae

Die Explosion im Endstadium sehr massereicher Sterne ist erst durch wenig Messdaten gestützt, weil die bisher beobachteten Supernovae bis auf zwei Ausnahmen für genaue Spektroskopie zu weit entfernt waren. Daher tragen vor allem astrophysikalische Theorien zu diesem Forschungsgebiet bei:

  • Theoretische Modelle für Supernovae und Neutronensterne
  • Nukleosynthese bei Supernovae
  • die Entwicklung massereicher Sterne (8 bis 50 Sonnenmassen) im Vor-Supernova-Stadium
  • die Rolle der Neutrinos bei der Erzeugung schwerer Elemente, Aufheizungsmechanismen
  • Doppelsterne mit kompakten Sternen als Partnern
  • Verschmelzung von Neutronensternen
  • die Frage der Neutrino-Mischung in Supernovae

Planetologie

Für Körper unseres Sonnensystem sind u. a. folgende nukleare Themen relevant:

Kernphysik und Kosmologie

Bei der Erforschung der Anfänge des Universums sind derzeit die Fragen nach der Elemententstehung und sehr energiereicher Phänomene (Gravitationswelle, Gammablitze) der Galaxien-Entwicklung und der Großstruktur des Universums besonders aktuell:

Verbindung von Astro- und Kernphysik

Die beiden Fachgebiete überschneiden sich zunehmend, beispielsweise bei

  • Zustandsgleichungen für hochdichte Materie, auch jenseits der Dichte von Atomkernen
  • Eigenschaften instabiler Kerne, Quark- und Kernmaterie hoher Dichte
  • Monte-Carlo-Verfahren für das quantenmechanische Schalenmodell (Kernphysik)
  • Modellierung von Wirkungsquerschnitten, z. B. für die Helium-3-Fusionsreaktion
  • r-Prozess und neuartige Experimente beim Studium des Zerfalls von Kernen

Zur Kooperation von Kern- und Astrophysik trägt seit längerem auch das Projekt ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice) am Proton Synchrotron Booster des CERN in Genf bei.

Experimente

Von vielen relevanten Experimenten seien erwähnt:

Preise und Auszeichnungen

Siehe auch

Literatur

Einsteiger

  • Albrecht Unsöld, Bodo Baschek: Der neue Kosmos: Einführung in die Astronomie und Astrophysik. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2002, ISBN 978-3-540-42177-1, doi:10.1007/978-3-662-06529-7.

Standardwerke

  • Jean Audouze, Sylvie Vauclair: An Introduction to Nuclear Astrophysics (= Geophysics and Astrophysics Monographs. Band 18). Reidel, Dordrecht 1980, ISBN 978-90-277-1012-3 (englisch, archive.org).
  • Donald D. Clayton: Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis. University of Chicago Press, Chicago 1983, ISBN 978-0-226-10952-7 (englisch, archive.org).
  • Introduction to Stellar Astrophysics, 3 Bände von Erika Böhm-Vitense, 1989
  • A. Weiss, John P. Cox, R. Thomas Giuli (Hrsg.): Cox & Giuli’s Principles of Stellar Structure (= Advances in Astronomy and Astrophysics. Band 8). 2. Auflage. Cambridge Scientific Publishers, Cambridge 2004, ISBN 978-1-904868-20-0 (englisch, archive.org).
  • Ian J. Thompson, Filomena M. Nunes: Nuclear Reactions for Astrophysics. Cambridge University Press, Cambridge 2009, ISBN 978-0-521-85635-5 (englisch).
  • Rudolf Kippenhahn, Alfred Weigert, Achim Weiss: Stellar Structure and Evolution (= Astronomy and Astrophysics Library). 2nd Auflage. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-30255-8, doi:10.1007/978-3-642-30304-3.

Klassiker

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