entdeckt_01_2016 - Bindeglied zwischen Simulation und Experiment

entdeckt 01 .16 PORTRÄT WWW.HZDR.DE „Astrophysiker beäugen unsere Experimente manchmal mit ei- ner gewissen Skepsis“, beschreibt Frank Stefani schmunzelnd seine Erfahrungen mit den Kollegen. Deshalb erfreut es den Dresdner Forscher umso mehr, dass er Anfang Dezember 2015 einen Experten dieses Feldes an seinem Institut für Fluiddynamik begrüßen konnte: George Mamatsashvili von der Universität in Tbilisi. Dank eines Georg Forster-Forschungs- stipendiums der Alexander von Humboldt-Stiftung verbringt der Physiker zwei Jahre am HZDR – und holt in dieser Zeit die Sterne nach Rossendorf. Denn der gebürtige Georgier interessiert sich dafür, wie diese zu ihrer Masse kommen. Oder genauer gesagt: Er interessiert sich für die Magneto- Rotationsinstabilität (MRI). Dieser magnetische Effekt spielt eine wichtige Rolle sowohl bei der Entstehung von Sternen und Planeten als auch bei der Bildung Schwarzer Löcher im Zentrum von Galaxien. „Die MRI beschreibt, wie Magnetfelder in eigentlich stabilen Strömungen Turbulenzen auslösen können“, erklärt George Mamatsashvili. „Und genau dieses Phänomen ereignet sich auch im Universum.“ So rotieren um Schwarze Löcher und junge Sterne sogenannte Akkretionsscheiben – ringförmige Scheiben aus Gas und Staub. „Weil der Drehimpuls gemäß der Keplerschen Bahngesetze nach außen hin anwächst, sind diese Scheiben an sich extrem stabil. Die Materieteilchen dürften sich deshalb gar nicht in Schwarzen Löchern oder Sternen sammeln.“ Wie kommen junge Sterne zu ihrer Masse? Erst wenn sie abgebremst werden, reicht die Fliehkraft nicht mehr aus, um sie auf den Kreisbahnen zu halten, erläutert Humboldt-Stipendiat Mamatsashvili: „Eben dies bewirkt die MRI. Sie destabilisiert die Scheibe und sorgt dadurch gleich- zeitig dafür, dass Masse nach innen und der Drehimpuls nach außen getragen wird.“ Allerdings muss die Materie in den Scheiben dafür zumindest minimal elektrisch leitfähig sein. In toten Zonen oder am äußersten Rand ist dies nicht immer der Fall, weswegen die Wirkung der Standard-MRI, in der ein rein vertikales Magnetfeld angenommen wird, umstritten ist. Eine Lösung lieferte Frank Stefani gemeinsam mit Kollegen des HZDR und des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam im Jahr 2006, indem sie das senkrechte Magnetfeld der Standard-MRI um ein kreisförmiges ergänzten. Dadurch konnten die Wissenschaftler schon bei geringen Magnetfeldstärken und Rotationsgeschwindigkeiten eine spe- zielle Variante des Phänomens, die helikale MRI, erstmals im Labor nachstellen. „Jedoch gibt es dabei einen Schönheitsfeh- ler“, gibt Stefani zu. „Die helikale MRI destabilisiert nur relativ steil nach außen abfallende Rotationsprofile, zu denen die Akkretionsscheiben zunächst einmal nicht gehören.“ Dieses Argument konnte der Dresdner Forscher vor etwa zwei Jahren mit einer erweiterten Theorie entkräften. Wie er mit seinen Kollegen gezeigt hat, kann die helikale MRI auch in diesen Fällen funktionieren – zumindest solange das kreisförmige Ma- gnetfeld wenigstens zu einem kleinen Teil in der Scheibe selbst erzeugt wird, „was eine durchaus realistische Annahme ist.“ Einzigartige Möglichkeiten Es sind genau diese Theorien, aber vor allem die Experimente, die George Mamatsashvili nach Dresden lockten: „Außer dem HZDR gibt es weltweit vielleicht noch ein oder zwei andere Labore, die dieses Phänomen experimentell und nicht nur numerisch untersuchen.“ In seinem Forschungsaufenthalt // Dank eines Georg Forster-Forschungsstipendiums verbringt George Mamatsashvili zwei Jahre am HZDR. Dadurch schlägt er nicht nur eine Brücke zwischen Georgien und Deutschland, sondern auch zwischen Astrophysik und Fluiddynamik. _TEXT . Simon Schmitt BINDEGLIED ZWISCHEN SIMULATION UND EXPERIMENT George Mamatsashvili

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