Panorama

Gemeinsam die Entstehung der Elemente ergründen

18.05.2021 - EU-Netzwerk für Forschungsinfrastrukturen in der nuklearen Astrophysik gegründet.

Wie sind die Elemente des Perioden­systems entstanden? Um diese Frage zu beantworten, erforschen Wissen­schaftler die Vorgänge im Inneren von Sternen. Dafür nutzen sie eine Vielzahl an Spezial­geräten und -einrichtungen – von Teleskopen, mit denen sie Stern­spektren aufzeichnen, über Labore, in denen sie die Produktion von Elementen unter­suchen, bis hin zu Super­computern, die sie zur Model­lierung astro­physika­lischer Prozesse benötigen. Um den Zugang zu diesen speziali­sierten Forschungs­anlagen zu erleichtern, wurde jetzt das Forschungs­infra­struktur-Netzwerk ChETEC-INFRA gegründet.

ChETEC-INFRA steht für „Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos – Research Infra­structures for Nuclear Astro­physics“. Das vom HZDR koordi­nierte Netzwerk will europäischen Wissen­schaftlern helfen, die Entwicklung des Kosmos anhand der Entstehung der chemischen Elemente nach­zu­voll­ziehen und verbindet dafür 32 Forschungs­einrich­tungen aus 17 Nationen mit 13 kleineren und mittleren für das Feld wichtigen Forschungs­anlagen. Die EU unterstützt das Netzwerk von 2021 bis 2025 mit fünf Millionen Euro. Neben Investitionen in eine engere Zusammen­arbeit will das Netzwerk diese Förder­summe für die Ausbildung der nächsten Generation von Forschern einsetzen.

Zu den beteiligten Forschungs­anlagen gehört auch das Dresdner Felsen­keller­labor, das gemeinsam von der TU Dresden und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossen­dorf betrieben wird. „Mit dem Untertage-Beschleuniger im Felsen­keller­labor lassen sich fundamentale Prozesse, die im Inneren von Sternen ablaufen, simulieren. Über ChETEC-INFRA öffnen wir diese Experi­mentier­ein­richtung für interes­sierte Wissen­schaft­lerinnen und Wissen­schaftler,“ erläutert Kai Zuber, der wissen­schaft­liche Leiter des Labors.

Koordinator des EU-Netzwerks ist Daniel Bemmerer vom Institut für Strahlen­physik des HZDR und zugleich technischer Leiter des Felsen­keller­labors. „Ich bin begeistert, mit einer so viel­fältigen und hoch­karätigen Gruppe von Einrich­tungen aus der nuklearen Astrophysik zusammen­zu­arbeiten“, sagt Bemmerer. „In den nächsten vier Jahren wird unser Netzwerk Forscherinnen und Forschern in ganz Europa die notwendigen Werkzeuge bieten, um das Wasser­stoff­brennen in der Sonne und die verschiedenen Prozesse der Element­ent­stehung besser zu begreifen.“

ChETEC-INFRA will außerdem Jugendliche für das spannende Forschungs­gebiet der nuklearen Astro­physik interes­sieren. „Wir werden Master­classes entwickeln und durch­führen“, erläutert Uta Bilow vom Institut für Kern- und Teilchen­physik der TU Dresden. „Bei diesen eintägigen Veranstal­tungen erhalten Schülerinnen und Schüler eine Einführung in das Thema und können selbst Daten analysieren und damit Einblick in die Nukleo­synthese gewinnen.“

Zusätzlich strebt das Netzwerk ein einheit­liches Online-Portal an, das die drei Fach­bereiche Astronomie, kern­physi­kalische Labor­forschung und computer­gestützte Astro­physik mitein­ander verbindet. Auf diese Weise sollen inter­diszi­plinäre Ansätze gefördert und auch kleinere EU-Länder angesprochen werden, in denen die nukleare Astro­physik noch nicht etabliert ist.

Die vernetzten Infra­strukturen reichen vom Nordic Optical Telescope auf den Kanarischen Inseln bis hin zu mittel­großen Teleskopen in der Tschechischen Republik, in Litauen und in Bulgarien. Darüber hinaus beteiligen sich Beschleuniger­labore, die eine Unter­suchung der Element­ent­stehung mittels geladener Teilchen, Neutronen oder photonen­indu­zierter Reaktionen ermöglichen. Außerdem ermöglicht ein leistungs­fähiges Rechen­cluster die Unter­suchung der in einem massiven Stern statt­findenden Nukleo­synthese.

Um Neueinsteigern die Nutzung dieser Anlagen zu ermöglichen, gewährt ChETEC-INFRA auch wissen­schaft­liche Unter­stützung. Für die Analyse von Stern­spektren stellt das Netzwerk astro­physi­kalische Daten und Software bereit, beispiels­weise zur Rotations­geschwin­digkeit von Sternen. In den Laboren werden neue Detektoren und Targets – Materie­proben, die einem Teilchen­strahl ausge­setzt sind – entwickelt, die auf die speziellen Bedürfnisse der nuklearen Astro­physik zugeschnitten sind. Neue Software-Tools sollen zudem die Entwicklung und die Analyse von Nukleo­synthese-Simula­tionen erleichtern.

TU Dresden / RK

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