Heavy Metal ist natürlich eine Musik-Richtung, aber auch der Name eines Projektes von HFHF-Wissenschaftler PD Dr. Andreas Bauswein, dessen Team von der Europäischen Union 11,3 Millionen Euro für die Erforschung von Elemententstehung in Neutronensternen erhalten hat. Das Projekt läuft über sechs Jahre, Andreas Bauswein ist einer von vier Forscherinnen und Forschern, die die Förderung mittels eines ERC Synergy Grant erhalten.
Neutronensterne sind Überbleibsel, die während einer Supernova-Explosion entstehen. Sie verfügen über äußerst starke Gravitationsfelder, außergewöhnliche intensive Magnetfelder und bestehen aus Materie extrem hoher Dichte, was sie zu wichtigen natürlichen Laboratorien für die Grundlagenphysik macht. Wenn Neutronensterne als Paar auftreten (sogenannte Doppelstern-Systeme)kann es zu Verschmelzungen der beiden Neutronensterne kommen: Die beiden hochdichten Sterne kollidieren mit circa 20% der Lichtgeschwindigkeit, was zu Temperaturen von mehreren 100 Milliarden Kelvin führt. Bei der Kollision werden beträchtliche Mengen an neutronenreicher Materie herausgeschleudert, in der sich schwere chemische Elemente (heavy metals) wie Silber, Gold, Platin und viele mehr bilden. Die ausgestoßene Materie entwickelt sich zu einem Feuerball, der als sogenannte Kilonova sichtbar ist.
„Die Kilonova-Forschung entwickelt sich zu einem neuen Bereich der Astrophysik und bietet ein enormes Entdeckungspotenzial für das Verständnis der Entstehung insbesondere schwerer Elemente, der Physik exotischer schwerer Kerne und der Zustände heißer, ultradichter und exotischer Materie“, erläutert der HFHF-Wissenschaftler Bauswein seinen Forschungsschwerpunkt. „Die zunehmende Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren, die auch eine bessere Himmelslokalisierung für Folgebeobachtungen ermöglichen, und die nächste Generation von Teleskopen lassen in den kommenden Jahren eine Fülle neuer Kilonova-Beobachtungen erwarten. Ich freue mich darauf, gemeinsam mit meinen Kolleginnen und Kollegen im Rahmen des ERC Synergy Grants das Forschungsgebiet bestmöglich ausloten zu können.“
Das Forschungsprojekt HEAVYMETAL (How Neutron Star Mergers make Heavy Elements) wird einen großen Schritt zur Erklärung von Kilonova-Explosionen machen. So wird im Rahmen von HEAVYMETAL der Ursprung der schweren Elemente erforscht. Das Forschungsteam wird versuchen, die Details der beobachteten Daten zu entschlüsseln und diese Informationen zu nutzen, um einen noch nie dagewesenen Einblick in die physikalischen Prozesse der Neutronensternverschmelzung zu gewinnen.
HEAVYMETAL bringt Expertinnen und Experten aus verschiedenen Bereichen rund um die Kilonova-Forschung zusammen. Durch die Zusammenarbeit können Synergien genutzt werden, um die Elemententstehung zu erklären: Bauswein und seine Gruppe, welche bei GSI/FAIR angesiedelt ist, können auf eine lange Erfolgsgeschichte bei der Verbindung hydrodynamischer Simulationen mit der Nukleosynthese des r-Prozesses, der Modellierung von Kilonovae und den Eigenschaften von Materie hoher Dichte zurückblicken. Bereits im Jahr 2017 gelang es Bauswein, einen ERC Starting Grant über 1,5 Millionen Euro mit seinem Projekt GreatMoves zur Simulation von Neutronensternverschmelzungen einzuwerben. Neben Bauswein gehören des Weiteren Professor Darach Watson, Universität von Kopenhagen, Dänemark, sowie Professor Padraig Dunne, University College Dublin, Irland, und Dr. Stuart Sim, Queen's Universität, Belfast, UK, zu dem mit dem ERC Synergy Grant geförderten Team.
„Wir sind sehr stolz, dass wir für dieses hochkarätige Forschungsprojekt die Unterstützung der Europäischen Union gewinnen konnten,“ sagt Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „In unserer Arbeit spielt die internationale und interdisziplinäre Zusammenarbeit von jeher eine große Rolle. Die Umsetzung vieler wissenschaftlicher Vorhaben ist ohne weltweite Kollaborationen und Nutzung von Synergien zwischen den Forschenden kaum vorstellbar. Dies fängt bei einzelnen Forschungsbereichen wie der Untersuchung der Kilonovae in diesem Zusammenschluss von Expertinnen und Experten an und setzt sich fort bei der Errichtung unserer zukünftigen Forschungsanlage FAIR, die in internationaler Zusammenarbeit von vielen Forschenden und Nationen entsteht.“ FAIR befindet sich zurzeit in Darmstadt im Bau und soll an die GSI-Beschleunigeranlage angeschlossen werden. An FAIR werden in Zukunft Materiezustände, wie sie im Inneren von Sternen, Sternexplosionen und Neutronensternverschmelzungen vorkommen, im Labor untersucht werden können, was eine direkte Verbindung zum HEAVYMETAL-Projekt bildet.
"Mit Andreas Bauswein wurde ein exzellenter Wissenschaftler ausgezeichnet, wir sind froh ihn in der Helmholtz Forschungsakademie zu haben, wo er hervorragende Arbeit leistet", so Marcus Bleicher, der Geschäftsführende Direktor der HFHF.
Und eines darf nicht vergessen werden. Mit HEAVYMETAL hat er vermutlich einen der coolsten Projektnamen gewählt.
