Quelle: Jülich Aachen Research Alliance (JARA).

23. Oktober 2019 – Die RWTH Aachen vergibt jedes Jahr den Friedrich-Wilhelm-Preis an Studierende und Doktoranden verschiedener Ausbildungsstufen, die herausragende wissenschaftliche Leistungen erbracht haben. Einer der diesjährigen Preisträger ist Dr. Jamal Slim, Institut für Kernphysik, Experimentelle Hadronendynamik am Forschungszentrum Jülich und Lehrstuhl für Experimentalphysik III B der RWTH Aachen. Dr. Slim erhält die Auszeichnung für seine Doktorarbeit. Betreuer seiner Arbeit war Prof. Dirk Heberling, Mitglied in JARA-FAME und Institutsleiter des Lehrstuhls für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen.

Mehrere junge Masteranden, Doktoranden und Habilitanden dürfen sich am 29. November über die Verleihung des Friedrich-Wilhelm-Preises freuen. Jedes Jahr werden herausragende Absolventinnen und Absolventen der RWTH mit diesem Preis geehrt. In diesem Jahr darf sich Dr. Jamal Slim über den mit 1.000 Euro dotierten Preis freuen. Der studierte Elektroingenieur erhält die Auszeichnung für seine exzellente Doktorarbeit, in der er sich mit der in unserem Universum vorherrschenden Materie-Antimaterie-Asymmetrie auseinandersetzt.

Die gängige wissenschaftliche Überzeugung ist, dass direkt nach dem Urknall gleich viel Materie wie Antimaterie vorhanden war. Bei dieser Zusammensetzung hätte sich jedoch beides anschließend vollständig zu Strahlung vernichten müssen. Die Existenz unseres durch Materie dominierten Universums zeigt, dass das Standardmodell der Teilchenphysik den Grund unserer Existenz nicht erklären kann. Es bedarf einer Physik jenseits des Standardmodells und neuer Ansätze, um die Frage um unsere Existenz zu klären. Elektrische Dipolmomente sind Phänomene, die das Ungleichgewicht von Materie zu Antimaterie erklären könnten. Das elektrische Dipolmoment (EDM) entsteht, wenn die positiven und negativen Ladungsträger in einem Objekt unterschiedliche Schwerpunkte besitzen.

In seinen Untersuchungen hat sich Dr. Jamal Slim mit Hilfe des Hadronenbeschleunigers COoler SYnchroton COSY auf die Suche nach nicht-verschwindenden elektrischen Dipolmomenten fundamentaler Teilchen gemacht. Für den Nachweis eines EDMs geladener Teilchen wäre ein dedizierter elektrischer Speicherring nötig, den es bis dato jedoch noch nicht gibt. Slim setzte gemeinsam mit dem Team der JEDI (Jülich Electric Dipole moment Investigations) Kollaboration einen RF Wien Filter an COSY ein, um Messungen an Deuteronen und Protonen durchzuführen und auf diese Weise ein elektrisches Dipolmoment nachzuweisen. Vorläufige positive Ergebnisse wurden erzielt und werden in Kürze veröffentlicht. In seiner Dissertation untermauerte Dr. Slim den Ansatz durch Ausführungen zu Design, Simulation, Analyse sowie Realisierung und Inbetriebnahme des neuartigen Gerätes.

Dr. Jamal Slim ist Postdoktorand am Lehrstuhl für Experimentalphysik III B, Lehr- und Forschungsgebiet Experimentalphysik der RWTH Aachen unter der Leitung von JARA-FAME Direktor Prof. Jörg Pretz, sowie am Institut für Kernphysik, Experimentelle Hadronendynamik am Forschungszentrum Jülich, das durch Prof. Hans Ströher, ebenfalls JARA-FAME geleitet wird. Seine Dissertation betreute Prof. Dirk Heberling, Mitglied in JARA-FAME und Institutsleiter des Lehrstuhls für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen.
Neben dem Friedrich-Wilhelm-Preis, der am 29. November in einer Feierstunde vergeben wird, erhielt Dr. Slim auch die Borchers-Plakette. Mit der Borchers-Plakette ehrt der Rektor der RWTH Aachen Promovenden, die ihre Promotion mit „summa cum laude“ abgeschlossen haben. Der Preis wurde im Rahmen des Graduiertenfestes Mitte September 2019 vergeben.

Friedrich-Wilhelm-Preis der RWTH Aachen
Der Friedrich-Wilhelm-Preis wird von der gleichnamigen Stiftung verliehen, die 1865 gegründet wurde. Der Name der Stiftung geht auf den preußischen Kronprinzen und späteren Kaiser Friedrich Wilhelm III. zurück. Ziel ist die Förderung von Forschung und Lehre, die Unterstützung von Studierenden sowie von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der RWTH. Ausgezeichnet werden dabei herausragende Masterarbeiten, Dissertationen und Habilitationen. Die Preise sind mit 500, 1.000 und 2.000 Euro dotiert.

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Quelle: Forschungszentrum Jülich.

Wahrscheinlich driften Myriaden solcher Asteroiden durch unsere Milchstraße. Einst Teil neu entstehender Sternensysteme, könnten diese riesigen Objekte zwischen den Sternen das Wachstum neuer Planeten beschleunigen.
Möglicherweise hat ein Gesteinsbrocken aus einem Lichtjahre entfernten Planetensystem auch Planeten in unserem Sonnensystem „Starthilfe“ gegeben. Das zeigt eine neue Studie der Astrophysikerinnen Susanne Pfalzner vom Jülich Supercomputing Centre in Deutschland und Michele Bannister von der Queen’s University Belfast in Nordirland: Die Milchstraße könnte voller driftender interstellarer Objekte wie der Asteroid Omuamua sein, der unserem Sonnensystem im Oktober 2017 einen kurzen Besuch abgestattet hat.

Planetensysteme bilden sich und werfen dann Billionen von winzigen Welten in den interstellaren Raum hinaus, so wie Pusteblumen ihre Samen streuen. Diese driftenden Felsbrocken können als eine Art Keimzellen dienen, aus denen schließlich ganze Planeten entstehen.

„Nach bestehenden Modellen bilden sich Planeten langsam aus mikrometergroßen Gas- und Feinstaubteilchen in protoplanetaren Scheiben um einen Stern, die sich über Millionen von Jahren immer mehr verdichten“, erklärt Susanne Pfalzner. Doch es gibt auch Beobachtungen, die ein anderes Bild zeichnen. Manche Planeten müssen in weitaus kürzerer Zeit entstanden sein, als es nach dem Standardmodell möglich wäre. Interstellare Objekte wie Oumuamua könnten diese Widersprüche in Einklang bringen.

Die Forscherinnen schätzen, dass es in der Milchstraße, unserer Heimatgalaxie, Quadrillionen (das ist eine ‚1‘ mit 24 Nullen) von Oumuamua-ähnlichen Objekten gibt, in einem Würfel mit einer Kantenlänge von einem Lichtjahr etwa 29 Billionen (eine ‚1‘ mit 12 Nullen). Zum Vergleich: Proxima Centauri, der sonnennächste Stern, ist mehr als vier Lichtjahre entfernt. Diese Planetoiden – wahrscheinlich relativ klein, dunkel und schnell – bewegen sich frei im Weltraum, nachdem sie aus der Umlaufbahn um ihre Heimatsterne geworfen wurden. Die interstellaren „Exilanten“ könnten eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Planeten spielen, wenn sie von der protoplanetaren Scheibe um einen anderen Stern eingefangen würden.

„Viele dieser Objekte bewegen sich vermutlich zu schnell, um von protoplanetaren Scheiben eingefangen zu werden“, erklärt Pfalzner. „Und von denen, die gefangen werden, fallen die meisten wahrscheinlich in den Stern hinein.“ Dennoch, so berechneten die Astrophysikerinnen, sollte es um jeden Stern mindestens 10 Millionen dieser interstellaren Objekte geben. „Beim Einfangprozess gehen also die meisten verloren. Doch da es so viele dieser Objekte gibt, bleiben am Ende trotzdem noch reichlich von ihnen übrig“, erklärt Michele Bannister. „Tausende davon sind wahrscheinlich mehr als einen Kilometer groß. Einige wenige könnten die Größe von Zwergplaneten wie Ceres oder Pluto haben – oder wie unser Mond.“

Mit ihrer Schwerkraft könnten die Planetoiden Materie anziehen – Gas, Staub, kleine Gesteinsbrocken – und so schließlich zu vollwertigen Planeten anwachsen. Dieses Szenario würde das Problem mit der Geschwindigkeit der Planetenbildung lösen. „Nach dem üblichen sogenannten Akkretions-Modell würde es bis zu Zehntausende Jahre dauern, um aus mikroskopischen Staubpartikeln auch nur auf millimeter- oder zentimetergroße Materieteilchen zu kommen“, erklärt Michele Bannister. „Die Bildung von erdähnlichen Planeten braucht dann noch einmal viele Millionen Jahre, die von Gasgiganten wie Jupiter sogar noch länger.“ Dennoch finden sich in jüngeren Sternclustern Planeten, die nur eine Million Jahre alt sind.

„Wenn sich Planeten nicht langsam aus mikrometergroßen Staub- und Gasteilchen aufbauen müssten, würde das ihren Entstehungsprozess enorm beschleunigen“, erklärt Susanne Pfalzner. „Als die Idee aufkam, war sie so einleuchtend. Ich hoffe, dass viele andere Forscher sie aufgreifen und das Modell testen werden.“ Dieser Mechanismus würde auch auf sich selbst zurückwirken: Systeme mit mehr Planeten werfen mehr Gesteinsbrocken wie Oumuamua aus, die dann mehr Planeten in anderen Systemen erzeugen: Planetensysteme helfen beim Aufbau von Planetensystemen.

„Wenn sich unser Modell als richtig herausstellt, würde es auch erklären, warum die ältesten Sterne weniger Planeten haben, als wir es bei neueren Sternsystemen beobachten“, so Pfalzner. „Frühe Planetengenerationen wären auf konventionelle Art entstanden – und hätten dann mit ausgeworfenen Oumuamuas die Keimzellen für neue protoplanetare Scheiben geliefert.“ Die Platenenbildung in der gesamten Galaxie könnte immer mehr zunehmen, da immer mehr verirrte Felsen im Raum herumfliegen.

Originalpublikation:

• A hypothesis for the rapid formation of planets, Susanne Pfalzner and Michele T. Bannister, Astrophysical Journal Letters, April 2019, DOI: 10.3847/2041-8213/ab0fa0
• A hypothesis for the rapid formation of planets, Susanne Pfalzner and Michele T. Bannister, Vorabdruck verfügbar als pdf bei Arxiv.org: arXiv:1903.04451

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