Astronomisches Eisen-Problem gelöst

Heidelberg/Livermore (USA) – Es ist ein Problem, das den Astronomen seit langem Kopfzerbrechen bereitet: Die Röntgenstrahlung von hochgradig ionisiertem Eisen stimmt nur sehr dürftig mit den theoretischen Vorhersagen überein. Laboruntersuchungen mit einem Röntgenlaser zeigen nun, dass nicht die astrophysikalischen Modelle der kosmischen Röntgenquellen falsch sind, sondern die Beschreibung des inneren Aufbaus der Eisen-Ionen. Das berichtet das Forscherteam im Fachblatt „Nature“.

„Unsere Messungen sind von großer Bedeutung für die Interpretation der Röntgenstrahlung einer Vielzahl astronomischer Quellen“, erläutert Gregory Brown vom Lawrence Livermore National Laboratory, „darunter Schwarze Löcher, Röntgen-Doppelsterne, Sternkoronen und Supernova-Überresten.“ Die Röntgenstrahlung astronomischer Objekte stammt zumeist von hochgradig ionisierten Atomen in sehr heißen Gasen oder anderweitig extremen Umgebungen. Eine der hellsten Emissionslinien im Röntgenbereich produziert dabei sechzehnfach ionisiertes Eisen, kurz Fe16+. Doch ausgerechnet bei dieser wichtigen Strahlung versagt die Theorie: Sie sagt eine um 30 Prozent höhere Intensität voraus als beobachtet.

Ionenfalle am Röntgenlaser LCLS

Um das Rätsel zu lösen haben Brown und seine Kollegen Fe16+-Ionen in einer am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg entwickelten Ionenfalle gefangen und dann mit dem energiereichen Röntgenlaser LCLS des SLAC National Accelerator Laboratory in Kalifornien beschossen. Die meisten Forscher waren bislang davon ausgegangen, dass eine falsche Beschreibung der Zusammenstöße zwischen den Ionen und Elektronen die Ursache für die Abweichung ist. Doch zur Überraschung von Brown und seinen Kollegen spielen diese Kollisionen keine wichtige Rolle. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Hauptproblem unsere Unfähigkeit ist, die Struktur der Ionen richtig zu beschreiben“, so Brown.

In die astronomischen Berechnungen können künftig die Messergebnisse von Brown und seinem Team eingehen und so zu einer bessere Übereinstimmung mit den Beobachtungen führen. Ziel müsse es jedoch sein, so die Forscher, mit verbesserten quantenmechanischen Berechnungen auch zu einer Übereinstimmung von Theorie und Messungen zu kommen.