Star Trek erinnert uns gerne daran, dass wir kohlenstoffbasierte Lebensformen sind. Aber das Ereignis, welches das Universum entstehen ließ – der Urknall – hat keinen Kohlenstoff produziert, also wo zum Teufel kam er (und wir) her? Ein Wissenschaftler der North Carolina State University hat bei der Entwicklung von Supercomputer-Simulationen geholfen, die demonstrieren, wie Kohlenstoff in Sternen produziert wird und die Richtigkeit einer alten Theorie beweisen.
Vor mehr als 50 Jahren schlussfolgerte ein Astronom namens Fred Hoyle, dass drei Helium-Kerne – oder Alpha-Teilchen – bei ihrem Zusammentreffen im Kern eines Sterns Probleme haben müssen, Kohlenstoff-12 (12C) zu bilden, das Element aus dem wir bestehen. Also sagte er einen neuen Zustand von Kohlenstoff-12 voraus, einen mit genau der richtigen Energie, um die Bildung von Kohlenstoff in Sternen möglich zu machen. Dieser neue Zustand ist jetzt als der Hoyle-Zustand bekannt. Spätere Experimente demonstrierten, dass die Theorie korrekt war, aber niemand war in der Lage, den Hoyle-Zustand von Beginn an zu reproduzieren, angefangen mit den bekannten Wechselwirkungen von Protonen und Neutronen. Wenn sich der Hoyle-Zustand in diesen Berechnungen nicht gezeigt hat, müssten die Berechnungen inkorrekt oder unvollständig sein.
NC State Physiker Dean Lee hatte gemeinsam mit den deutschen Kollegen Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs und Ulf-G. Meissner zuvor eine neue Methode entwickelt, um alle möglichen Wege zu beschreiben, wie sich Protonen und Neutronen in einem Kern aneinander binden können. Diese „effektive Feldtheorie“ basiert auf einem komplexen numerischen Gitter, das den Wissenschaftlern die Durchführung von Simulationen gestattet, welche zeigen, wie Teilchen interagieren. Als die Forscher sechs Protonen und sechs Neutronen auf das Gitter setzten, stellte sich der Hoyle-Zustand zusammen mit anderen beobachteten Zuständen von Kohlenstoff-12 ein, was die Korrektheit der Theorie bestätige.
„Wir hatten lange Zeit einfache Modelle des Hoyle-Zustandes mit drei Alpha-Teilchen benutzt, aber die ersten grundlegenden Berechnungen waren nicht genau genug“, sagte Lee. „Unsere Methode platziert die Teilchen in einer Simulation mit bestimmten Raum- und Zeit-Parametern, und erlaubt ihnen dann zu tun, was sie tun wollen. In diesen Simulationen zeigte sich der Hoyle-Zustand.“
Ihre Forschungsarbeit erscheint in der Ausgabe vom 13. Mai der Physical Review Letters.
Lee ergänzt: „diese Arbeit ist wertvoll, weil sie uns einen viel besseren Einblick in das ‚Fein-Tuning‘ gibt, das die Natur vornehmen muss, um Kohlenstoff in Sternen zu produzieren.“
Weiterführende Links:
Pressemeldung der Universität Bonn: Grundlegende Frage zur Entstehung des Lebens gelöst
Quelle: http://news.ncsu.edu/releases/tp-lee/
(THK)
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