Dresden - Einem Wissenschaftsteam des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) http://www.fz-rossendorf.de ist es im Laborexperiment namens PROMISE erstmals gelungen, einen außergewöhnlichen magnetischen Effekt nachzuweisen, der bei der Entstehung von Sternen, Planetensystemen und Schwarzen Löchern eine zentrale Rolle spielt. Die Erkenntnisse des Phänomens, die so genannte Magneto-Rotations-Instabilität (MRI), wurden erst kürzlich im Wissenschaftsjournal "Physical Review Letters" http://prl.aps.org publiziert.
"In unseren Experimenten stellen wir kein Abbild der natürlichen Phänomene dar, sondern versuchen im physikalischen Kontext vorherrschende Theoriemodelle zu erklären", betont Gunter Gerbeth, Leiter der Abteilung Magnetohydrodynamik im Institut für Sicherheitsforschung des FZD, im Gespräch mit pressetext. Vor der Fragestellung, wie die Materie in den Gasscheiben, die sich in der Umgebung Schwarzer Löcher gebildet haben, abgebremst werden, installierten die Forscher eine Versuchsanordnung mit einfachsten Mitteln. "Auf der Grundlage bereits vorhandener Erkenntnisse über die MRI, deren Bedeutung für die Astrophysik bereits 1991 von den Wissenschaftlern Balbus und Hawley theoretisch vorausgesagt wurde, konnte mathematisch und im Labor gezeigt werden, dass stabile Gasscheiben durch Magnetfelder destabilisiert werden können", so der Physiker. Erst durch diesen Prozess sei die Massenkonzentration in Sternen und Schwarzen Löchern überhaupt möglich.
In Kooperation der Dresdner Physiker und Wissenschaftlern des Astrophysikalischen Instituts Potsdam (API) http://www.aip.de konnte das Experiment PROMISE (Potsdam ROssendorf Magnetic InStability Experiment) zum Nachweis der MRI aufgebaut und erfolgreich realisiert werden. In einem handelsüblichen Abwasserrohr aus dem Baumarkt, auf das eine Spule zur Erzeugung des axialen Magnetfeldes gewickelt ist, wurden zwei rotierende Kupferzylinder platziert. Gerbeth unterstreicht hierbei, dass "beide Kupferzylinder ineinander gesteckt wurden, um eine Drehbewegung erreichen zu können. Der äußere ist dabei zweimal so groß wie der innere". In dem dazwischen befindlichen Spalt wird ein Flüssigmetall durch unterschiedliche Drehzahlen von Innen- und Außenzylinder in eine rotierende Bewegung gebracht. Ist die Drehzahl des Außenzylinders mehr als ein Viertel derjenigen des Innenzylinders, kann eine stabile Strömung erreicht werden, die von keinen abweichenden Turbulenzen durchzogen ist.
Den Forschern gelang es auf diese Weise nachzuweisen, dass sich diese so genannte hydrodynamisch stabile Strömung unter dem Einfluss eines extern angelegten, schraubenförmigen Magnetfeldes destabilisiert und folglich wieder turbulent wird. Dadurch wird die effektive Abbremsung der Strömung erreicht, wobei somit erstmals die MRI im Laborexperiment nachgewiesen werden konnte. Im direkten Vergleich der experimentell erforschten, gegenüber den aus der mathematischen Prognose errechneten Daten konnte eine gute Übereinstimmung mit der Theorie erzielt werden. Nicht nur das Fenster der Instabilität, sondern auch die Frequenzabhängigkeit der wandernden Welle stimmte mit der numerischen Vorhersage überein.
