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	<title>Photonen &#8211; Raumfahrer.net</title>
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	<description>Das Portal für Astronomie- und Raumfahrtbegeisterte</description>
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	<title>Photonen &#8211; Raumfahrer.net</title>
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		<title>Uni Wien: Quantenverschränkung misst Erdrotation</title>
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		<dc:creator><![CDATA[Raumfahrer.net Redaktion]]></dc:creator>
		<pubDate>Fri, 14 Jun 2024 20:53:00 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Astronomie]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>Quantenverschränkte Photonen reagieren auf den Spin der Erde. Eine Pressemitteilung der Universität Wien. Quelle: Universität Wien 14. Juni 2024. 14. Juni 2024 &#8211; Ein Forschungsteam unter der Leitung von Philip Walther an der Universität Wien hat in einem bahnbrechenden Experiment die Auswirkungen der Erdrotation auf quantenverschränkte Photonen gemessen. Die Arbeit, die soeben in Science Advances [&#8230;]</p>
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<h4 class="wp-block-heading">Quantenverschränkte Photonen reagieren auf den Spin der Erde. Eine Pressemitteilung der Universität Wien.</h4>



<p class="has-text-align-right has-small-font-size">Quelle: Universität Wien 14. Juni 2024.</p>



<figure class="wp-block-image alignleft size-full has-lightbox"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/SagnacInterferometerRaffaeleSilvestri2k.jpg" data-rel="lightbox-image-0" data-magnific_type="image" data-rl_title="Sagnac Interferometer, gebaut mit 2 Kilometern Glasfasern, die um einen 1,4 Meter großen quadratischen Aluminiumrahmen gewickelt sind. (Bild: Raffaele Silvestri)" data-rl_caption="" title="Sagnac Interferometer, gebaut mit 2 Kilometern Glasfasern, die um einen 1,4 Meter großen quadratischen Aluminiumrahmen gewickelt sind. (Bild: Raffaele Silvestri)" data-wpel-link="internal"><img fetchpriority="high" decoding="async" width="260" height="288" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/SagnacInterferometerRaffaeleSilvestri26.jpg" alt="Sagnac Interferometer, gebaut mit 2 Kilometern Glasfasern, die um einen 1,4 Meter großen quadratischen Aluminiumrahmen gewickelt sind. (Bild: Raffaele Silvestri)" class="wp-image-141240"/></a><figcaption class="wp-element-caption">Sagnac Interferometer, gebaut mit 2 Kilometern Glasfasern, die um einen 1,4 Meter großen quadratischen Aluminiumrahmen gewickelt sind. (Bild: Raffaele Silvestri)</figcaption></figure>



<p>14. Juni 2024 &#8211; Ein Forschungsteam unter der Leitung von Philip Walther an der Universität Wien hat in einem bahnbrechenden Experiment die Auswirkungen der Erdrotation auf quantenverschränkte Photonen gemessen. Die Arbeit, die soeben in Science Advances veröffentlicht wurde, stellt einen bedeutenden Erfolg dar, der die Grenzen der Rotationsempfindlichkeit von verschränkungsbasierten Sensoren erweitert und möglicherweise die Grundlage für weitere Forschungen an der Schnittstelle zwischen Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie bildet.</p>



<p>Optische Sagnac-Interferometer sind die empfindlichsten Geräte für Rotationsmessungen. Seit Anfang des vergangenen Jahrhunderts sind sie für das Verständnis der grundlegenden Physik von zentraler Bedeutung. Durch ihre hohe Sensitivität trugen diese experimentellen Werkzeuge schon vor über hundert Jahren etwa zur Begründung von Einsteins spezieller Relativitätstheorie bei. Heute sind sie aufgrund ihrer unvergleichlichen Präzision das ultimative Instrument zur Messung von Rotationsgeschwindigkeiten, das nur durch die Gesetzmäßigkeiten der klassischen Physik begrenzt wird.</p>



<p>Interferometer, die mit Quantenverschränkung arbeiten, haben das Potenzial, diese Grenzen zu sprengen. Liegt zwischen zwei oder mehreren Quantenteilchen eine Verschränkung vor, so ist nur ihr Gesamtzustand bekannt, während der Zustand der einzelnen Teilchen bis zu einer Messung unbestimmt bleibt. Diese Tatsache kann dazu genutzt werden, um mehr Information pro Messung zu erhalten, als dies ohne Verschränkung möglich wäre. Der versprochene Quantensprung in der Messempfindlichkeit wurde jedoch bisher durch die fragile Natur der Verschränkung behindert. Um diese Hürde zu umgehen, kam beim Experiment der Forschungsgruppe ein sehr stabiler und auf optischen Glasfasern basierender Sagnac-Interferometer mit einer effektiven Fläche von mehr als 700 Quadratmetern zum Einsatz. Auf diese Weise konnten genügend hochwertige verschränkte Photonenpaare beobachtet werden, um die Präzision der Rotationsmessung früherer quantenoptischer Sagnac-Interferometer um das Tausendfache zu übertreffen.</p>



<p>Beim Sagnac-Effekt kommen zwei Teilchen, die sich vom selben Startpunkt in entgegengesetzte Richtungen einer rotierenden, geschlossenen Kurve bewegen, zu unterschiedlichen Zeiten am Ausgangspunkt an. Bei zwei verschränkten Teilchen, wie sie in diesem Experiment verwendet wurden, wird es spukhaft: sie verhalten sich wie ein einziges Teilchen welches beide Richtungen gleichzeitig testet. Da es sich hier um einen sehr kleinen Effekt handelt, mussten die Forscher*innen die Länge ihrer zwei Kilometer langen Glasfasern, welche auf einer riesigen Spule aufgewickelt wurden, auf etwa ein Zehntel eines Nanometers konstant halten. Dies entspricht einer Längenänderung von circa einem Millimeter bei der durchschnittlichen Distanz der Erde zur Sonne.</p>



<p>Um die Auswirkung der Erdrotation auf quantenverschränkte Photonen zweifelsfrei zu messen, brauchten die Forscher*innen aber auch einen Vergleichswert – also das Verhalten der Photonen ohne den Einfluss der Erdrotation. &#8222;Wir können die Erdrotation aber natürlich nicht stoppen, einen guten Vergleichswert zu bekommen, war also eine echte Herausforderung. Wir haben die Glasfaser in zwei gleich lange Spulen aufgeteilt und diese über einen optischen Schalter miteinander verbunden&#8220;, erklärt der Hauptautor Raffaele Silvestri von der Universität Wien. Durch den Schalter wurde es möglich, die Rotationsrichtung nach Belieben auf der Hälfte des Weges umzukehren, sodass die Teilchen unabhängig vom tatsächlichen Rotationszustand immer zeitgleich am Ausgangspunkt ankommen. &#8222;Wir haben dem Licht im Grunde genommen vorgegaukelt, dass es sich in einem nicht rotierenden Universum befindet&#8220;, so Silvestri.</p>



<p>Mit dem Experiment, das im Rahmen des von der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften getragenen Forschungsnetzwerks TURIS durchgeführt wurde, konnten die Forscher*innen erfolgreich den Effekt der Erdrotation auf einen maximal verschränkten Zwei-Photonen-Zustand beobachten. Dies bestätigt die Wechselwirkung zwischen rotierenden Bezugssystemen und Quantenverschränkung, wie sie in Einsteins spezieller Relativitätstheorie und der Quantenmechanik beschrieben wird, im Vergleich zu früheren Experimenten mit tausendfacher Präzision. &#8222;Das ist ein bedeutender Meilenstein – ein Jahrhundert nach der ersten Beobachtung der Erdrotation mit Licht hat die Verschränkung einzelner Lichtquanten endlich die gleichen Empfindlichkeitsbereiche erreicht&#8220;, sagt Haocun Yu, die als Marie-Curie-Postdoktorandin an diesem Experiment gearbeitet hat. &#8222;Ich glaube, dass unser Ergebnis und unsere Methodik den Grundstein für weitere Verbesserungen der Rotationsempfindlichkeit von verschränkungsbasierten Sensoren legen werden. Dies könnte den Weg für zukünftige Experimente ebnen, die das Verhalten der Quantenverschränkung durch die Kurven der Raumzeit testen&#8220;, fügt Gruppenleiter Philip Walther von der Universität Wien hinzu.</p>



<p><strong>Originalpublikation:</strong><br>Experimental Observation of Earth&#8217;s Rotation with Quantum Entanglement.<br>R. Silvestri, H. Yu, T. Strömberg, C. Hilweg, R. W. Peterson, P. Walther. Science Advances, 2024.<br>DOI: 10.1126/sciadv.ado0215<br><a href="https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado0215" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado0215</a></p>



<p><strong>Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:</strong></p>



<ul class="wp-block-list">
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			</item>
		<item>
		<title>GSI: Temperaturen wie in Sternenkollisionen gemessen</title>
		<link>https://www.raumfahrer.net/gsi-temperaturen-wie-in-sternenkollisionen-gemessen/</link>
		
		<dc:creator><![CDATA[Raumfahrer.net Redaktion]]></dc:creator>
		<pubDate>Wed, 14 Aug 2019 12:46:07 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Astronomie]]></category>
		<category><![CDATA[Kollision]]></category>
		<category><![CDATA[Neutronenstern]]></category>
		<category><![CDATA[Photonen]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>800 Milliarden Grad Celsius: Temperaturen wie in Sternenkollisionen im Labor gemessen. Veröffentlichung in Nature Physics. Eine Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt. Quelle: GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung. 9. August 2019 &#8211; Sie gehören zu den heißesten Momenten im kosmischen Geschehen: die Kollisionen von Neutronensternen im Universum, bei denen chemische Elemente gebildet werden. Durch Teilchenkollisionen [&#8230;]</p>
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										<content:encoded><![CDATA[
<h4 class="wp-block-heading">800 Milliarden Grad Celsius: Temperaturen wie in Sternenkollisionen im Labor gemessen. Veröffentlichung in Nature Physics. Eine Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt.</h4>



<p class="has-text-align-right has-small-font-size">Quelle: GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung.</p>



<p>9. August 2019 &#8211; Sie gehören zu den heißesten Momenten im kosmischen Geschehen: die Kollisionen von Neutronensternen im Universum, bei denen chemische Elemente gebildet werden. Durch Teilchenkollisionen im Beschleuniger können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ähnliche Bedingungen am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und dem künftigen Beschleunigerzentrum FAIR herstellen. Nun ist es einer internationalen Forschergruppe am HADES-Experiment erstmals gelungen, die dabei entstehende thermische, elektromagnetische Strahlung – die sogenannte Schwarzkörperstrahlung – zu messen. Dadurch konnten sie die Temperatur auf 800 Milliarden Grad Celsius bestimmen und weitere Details über Materiebausteine unter solchen Bedingungen erkunden. Die Ergebnisse sind vor kurzem in der Fachzeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht worden. </p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignleft size-large is-resized"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/14082019144607_big_1.jpg" data-rel="lightbox-image-0" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/14082019144607_small_1.jpg" alt="J. Hosan/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH" width="260"/></a><figcaption>
Großdetektor HADES 
<br>
(Bild: J. Hosan/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH)
</figcaption></figure></div>



<p>Das haushohe HADES-Detektorsystem auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt ermöglicht den Forschenden spannende Einblicke in die Geschehnisse bei der Kollision zweier schwerer Kerne bei relativistischen Energien und erlaubt es ihnen auch – wie nun sehr erfolgreich geschehen –, den mikroskopischen Eigenschaften extremer Materiezustände im Labor auf die Spur zu kommen. Die jüngsten Ergebnisse der HADES-Kollaboration, bei denen mehr als 110 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus zahlreichen Ländern beteiligt waren, markieren einen wichtigen Moment: „Die Rekonstruktion der Wärmestrahlung von komprimierter Materie ist ein Meilenstein im Verständnis kosmischer Materieformen. Sie ermöglicht nicht nur die Extraktion der Temperatur des bei der Kollision gebildeten Systems, sondern gibt auch einen tiefen Einblick in die mikroskopische Struktur von Materie unter solchen Bedingungen&#8220;, erläutert Professor Joachim Stroth, Sprecher der HADES-Kollaboration, der gemeinsam mit Professorin Tetyana Galatyuk die aktuellen Analysen koordiniert hat. Zahlreiche weitere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von GSI und FAIR waren an der aktuellen Veröffentlichung beteiligt. </p>



<p>Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, dessen Forschungsschwerpunkt die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie ist, blickt bereits gespannt in die Zukunft und auf das weltweit einmalige Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht: „HADES wird auch künftig viel zur Erforschung von Atomkernen und ihrer Bausteine beitragen und bei FAIR ein wichtiger Teil des Experiments für verdichtete Kernmaterie CBM (Compressed Baryonic Matter) sein. Dort werden Forscherinnen und Forscher unter anderem Vorgänge in Neutronensternen mit nie da gewesener Präzision und über einen sehr weiten Dichtebereich untersuchen können.“ </p>



<p>Die vom HADES-Detektor im Rahmen der nun vorgelegten Studie beobachtete elektromagnetische Strahlung wird durch virtuelle Photonen herbeigeführt. Diese existieren für einen Moment und zerfallen rasch in ein Leptonen-Paar (Dilepton), beispielsweise ein Elektron und ein Positron. Da Leptonen keine starken Wechselwirkungen aufweisen, ist das dichte hadronische Medium nahezu transparent für diese Strahlung. Dennoch wird es während des gesamten Ablaufs der Reaktion produziert und fungiert als wichtige Sonde für die mikroskopischen Eigenschaften des dichten und heißen Mediums, das bei der Kollision entsteht. Aus der Spektralverteilung der Strahlung lässt sich ableiten, dass die Materie Temperaturen über 70 Megaelektronenvolt (800 Giga Kelvin) und Dichten von einem Dreifachen der Kernsättigungsdichte erreicht haben muss. </p>



<p>Tatsächlich ähneln die Dichten und Temperaturen in der Kollisionszone solcher Schwerionenreaktionen den Bedingungen in Neutronenstern-Fusionsprozessen. Seit dem Nachweis von Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung, die von diesen Giga-Novae-Ereignissen in einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgestrahlt werden, wird angenommen, dass solche Fusionsvorgänge die kosmischen Küchen für die Synthese schwerer Kerne sind. Ein wichtiger Beitrag zu entsprechenden theoretischen Untersuchungen ist die sogenannte Zustandsgleichung von Materie unter extremen Bedingungen. Mit Schwerionenreaktionsexperimenten bei relativistischen Energien sind einige der relevanten Eigenschaften nun im Labor zugänglich. </p>



<p>Ein Vorteil der Detektion virtueller Photonen gegenüber realen Photonen ist die Tatsache, dass sie zusätzliche Informationen enthalten. Dies ermöglicht es, eine Lorentz-invariante Größe zu rekonstruieren, die – unabhängig von der relativen Geschwindigkeit des emittierenden Systems –&nbsp;den gleichen Wert hat in Bezug auf das Laborumfeld. Da Energie und Impuls während des gesamten Prozesses erhalten bleiben, ist diese invariante Masse identisch mit der Masse des hadronischen Systems, das das virtuelle Photon zuerst emittiert hat. Daher erlaubt diese Strahlung buchstäblich einen Blick in die heiße und dichte Interaktionszone. </p>



<p>Ein überraschendes Ergebnis dieses HADES-Experiments war die Erkenntnis, dass die Photonen sehr wahrscheinlich von so genannten Vektor-Mesonen erzeugt werden, die aufgrund der dichten Umgebung, in die sie eingebettet sind, eine starke Veränderung erfahren. Die rekonstruierte invariante Massenverteilung der virtuellen Photonen, die bemerkenswert gleichmäßig nahezu exponentiell abfällt, deutet darauf hin, dass die vermittelnden mesonischen Zustände (die ρ-Mesonen) in der dichten Materie tatsächlich nahezu aufgelöst sind. Eine ähnliche Veränderung der Eigenschaften des ρ-Vektormesons wird erwartet, wenn die spontan gebrochene chirale Symmetrie wiederhergestellt wird. Die dynamische Brechung dieser Symmetrie ist eine grundlegende Eigenschaft der QCD (Quantenchromodynamik), der Theorie der starken Wechselwirkung, und erklärt beispielsweise die Existenz der ungewöhnlich leichten Mesonen wie dem Pion. Der Grad der chiralen Symmetriebrechung steuert somit, wie Nukleonen miteinander wechselwirken. </p>



<p>Das HADES-Experiment ist das erste, das erfolgreich elektromagnetische Wärmestrahlung bei Kollisionen von Schwerionen bei Energien um 1 A GeV nun rekonstruieren konnte, wobei die Emission von virtuellen Photonen mit einer Masse von einigen hundert MeV/c<sup>2</sup> ein durchaus seltener Prozess ist: Etwa drei Milliarden Gold-Gold-Kollisionen mussten aufgezeichnet und &nbsp;analysiert werden, um schließlich 20.000 virtuelle Photonen über ihren Zerfall in ein Elektronenpaar und mit Massen größer als 200 MeV/c<sup>2</sup> zu rekonstruieren. </p>



<p><strong>Veröffentlichung:</strong></p>



<ul class="wp-block-list"><li><a class="a" href="https://www.nature.com/articles/s41567-019-0583-8" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">The HADES Collaboration: Probing dense baryon-rich matter with virtual photons (Nature Physics (2019))</a></li></ul>
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			</item>
		<item>
		<title>Kepler-Teleskop beobachtet Lichtblitz einer Supernova</title>
		<link>https://www.raumfahrer.net/kepler-teleskop-beobachtet-lichtblitz-einer-supernova/</link>
		
		<dc:creator><![CDATA[Raumfahrer.net Redaktion]]></dc:creator>
		<pubDate>Thu, 24 Mar 2016 21:30:00 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Astronomie]]></category>
		<category><![CDATA[Lichtblitz]]></category>
		<category><![CDATA[NASA]]></category>
		<category><![CDATA[Observatorium]]></category>
		<category><![CDATA[Photonen]]></category>
		<category><![CDATA[roter Riesenstern]]></category>
		<category><![CDATA[Schockwelle]]></category>
		<category><![CDATA[Sternenexplosion]]></category>
		<category><![CDATA[Supernova]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>Mit dem Weltraumteleskop Kepler ist es 2011 erstmals gelungen, den theoretisch angenommenen Lichtblitz einer beginnenden Supernova zu beobachten. Ein Glücksfall, der neben den optischen Möglichkeiten des Teleskops auch der (damals) konstanten Ausrichtung und der vergleichsweise hohe Aufnahme-Frequenz zu verdanken war. Erstellt von Roland Rischer. Quelle: NASA, Garnavich et al. Im Jahr 2011 hat das 2009 [&#8230;]</p>
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										<content:encoded><![CDATA[
<h4 class="wp-block-heading">Mit dem Weltraumteleskop Kepler ist es 2011 erstmals gelungen, den theoretisch angenommenen Lichtblitz einer beginnenden Supernova zu beobachten. Ein Glücksfall, der neben den optischen Möglichkeiten des Teleskops auch der (damals) konstanten Ausrichtung und der vergleichsweise hohe Aufnahme-Frequenz zu verdanken war.</h4>



<p class="has-text-align-right has-small-font-size">Erstellt von Roland Rischer.    Quelle: NASA, Garnavich et al.</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignright size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/20160324_KSN2011d_Visualisierung_a.jpg" data-rel="lightbox-image-0" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/20160324_KSN2011d_Visualisierung_a.jpg" alt="So stellt man sich den Verlauf einer Supernova vom Typ II vor - Animation hier
(Bild: NASA Ames, STScI/G. Bacon)"/></a><figcaption>So stellt man sich den Verlauf einer Supernova<br> vom Typ II vor &#8211; Animation <a href="https://www.youtube.com/watch?v=kLlILnQjGfc" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">hier</a><br>(Bild: NASA Ames, STScI/G. Bacon)</figcaption></figure></div>



<p>Im Jahr 2011 hat das 2009 gestartete Kepler-Weltraumteleskop erstmals den Blitz der Schockwelle einer beginnenden Supernova – Ergebnis eines Schockwellendurchbruchs an der Sternenoberfläche &#8211; im sichtbaren Wellenlängenbereich dokumentiert. Die umfangreichen Kepler-Daten aus der ersten, ursprünglichen Mission (bis zum Teilausfall seiner Lageregelung 2013), die eigentlich der Entdeckung von Exoplaneten dienen, werden schon länger von Gast-Beobachterteams hinsichtlich möglicher Sternenexplosionen oder auch Supernovae ausgewertet.</p>



<p>So auch ein Team um den Astrophysiker Peter Garnavich an der University of Notre Dame in Indiana, USA. Es analysiert die Daten, die das Kepler-Weltraumteleskop über drei Jahre hinweg alle 30 Minuten aus einem konstanten Sichtfeld mit rund 500 Galaxien und etwa 50 Billionen Sternen lieferte. Er und andere arbeiten im Kepler Extragalactic Survey oder kurz KEGS. Gesucht werden von KEGS unter anderem Hinweise auf Supernovae. Da benötigt man natürlich eine so große Stichprobe, um wenigstens die Chance auf ein paar ungewöhnliche Ereignisse zu haben, die man sich dann näher anschaut. Tatsächlich konnte der Explosionsablauf zweier roter Riesensterne aus dem Datenmaterial herausgefiltert und analysiert werden.</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignright size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/20160324_Kepler_sieht_Supernova-Blitz_big-scaled.jpg" data-rel="lightbox-image-1" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/20160324_Kepler_sieht_Supernova-Blitz_a.jpg" alt="Das Diagramm illustriert die Helligkeitsentwicklung einer Supernova im Vergleich zu unserer Sonne. Erstmals konnte der Lichtblitz einer Supernova-Schockwelle im sichtbaren Wellenlängenbereich beim Durchbruch an der Sternenoberfläche beobachtet werden. Die Supernova des Sterns KSN2011d erreichte nach 14 Tagen ihre maximale Helligkeit. Der Lichtblitz zu Beginn der Supernova dauerte nur etwa 20 Minuten. Allein seine Erfassung ist ein astronomischer Meilenstein. KSN2011d war vor seiner Explosion 20.000 Mal heller als die Sonne. Der Lichtblitz, ein Ergebnis der Energieentladung im zusammenbrechenden Kern als Auslöser der Supernova-Explosion, übertraf die Sonnen-Helligkeit um das 130-Millionenfache. Die Supernova selbst hatte ihr Maximum beim 1-Milliardenfachen der Sonnenhelligkeit.
(Bild: NASA Ames/W. Stenzel)"/></a><figcaption>Das Diagramm illustriert die Helligkeitsentwicklung<br> einer Supernova im Vergleich zu unserer Sonne.<br> Erstmals konnte der Lichtblitz einer Supernova-Schockwelle<br> im sichtbaren Wellenlängenbereich beim Durchbruch<br> an der Sternenoberfläche beobachtet werden.<br> Die Supernova des Sterns KSN2011d erreichte nach<br> 14 Tagen ihre maximale Helligkeit. Der Lichtblitz zu<br>Beginn der Supernova dauerte nur etwa 20 Minuten.<br> Allein seine Erfassung ist ein astronomischer Meilenstein.<br> KSN2011d war vor seiner Explosion 20.000 Mal <br>heller als die Sonne. Der Lichtblitz, ein Ergebnis der <br>Energieentladung im zusammenbrechenden Kern<br> als Auslöser der Supernova-Explosion, übertraf die<br> Sonnen-Helligkeit um das 130-Millionenfache. <br>Die Supernova selbst hatte ihr Maximum beim<br> 1-Milliardenfachen der Sonnenhelligkeit.<br>(Bild: NASA Ames/W. Stenzel)</figcaption></figure></div>



<p>Allein die Zahlenverhältnisse zeigen, was für ein gigantischer Glücksfall vorliegt. Die Beobachtung von Supernovae ist an sich schon selten, und wenn, sieht man sie meist im fortgeschrittenen Stadium. Eine beginnende Supernova hat bereits nach wenigen Tagen ihre maximale Leuchtkraft erreicht und der Blitz der Schockwelle ganz am Anfang dauert nur 20 Minuten. Will man eine Supernova von Anfang an sehen, weil gängige Theorien zum Ablauf nur dann eine Bestätigung finden können, muss man zur richtigen Zeit in die richtige Richtung schauen. Mit dem Kepler-Teleskop ist das, wie man nun weiß, 2011 im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes gelungen.</p>



<p>Nicht  zu vernachlässigender Nachteil dieser ziemlich verzögerten Datenanalyse: Eine ad hoc initiierte Parallel-Verfolgung der Ereignisse durch irdische Observatorien ist nicht möglich.</p>



<p>Beobachtet wurden zwei Sternenexplosionen. Sie betrafen zum einen den Stern KSN2011a, rund 300 Mal größer als unsere Sonne und 700 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Zum anderen entwickelte sich KSN2011d, 500 Mal größer als die Sonne und in einer Entfernung von 1,2 Milliarden Lichtjahren, zu einer Supernova. Der Sternenumfang vor der Explosion ist in beiden Fällen größer als die Erdumlaufbahn.</p>



<p>Beide aufgezeichneten Supernovae entsprechenden dem Typ II, dessen Kennzeichen ist, dass den ständigen Kernfusionsprozessen im Inneren eines roten Riesensterns der Brennstoff ausgeht. Die Schwerkraft lässt den über mehrere Fusionsstufen entstandenen Eisenkern in sich zusammenbrechen und löst damit eine Explosion aus, bei der sich der Stern selbst zerlegt. Die Aufzeichnung des Lichtblitzes der Schockwelle als frühes optisches Anzeichen einer Sternenexplosion gelang bei dem größeren der beiden Sterne und ist ein Meilenstein in der astronomischen Forschung, denn er bestätigt Theorien über den Ablauf eines Supernova-Prozesses. Von KSN2011d lagen aus der Phase zwischen beginnender Aufhellung und maximaler Helligkeit rund 500 photometrische Messungen vor. Der gemessene Anstieg entspricht den theoretischen Aussagen von I. Rabinak und E. Waxmann aus 2011 bezüglich Supernova-Abläufen bei roten Riesensternen. Zusätzlich gab es aber eine auffällige Abweichung in den Daten zur Zeit des theoretisch vermuteten Schockwellen-Durchbruchs an der Sternenoberfläche. Sieben photometrische Messungen wiesen kurz nach Zeitpunkt T0 (der Kernkollaps) signifikant höhere Helligkeitswerte aus und können damit aus wissenschaftlicher Sicht als der Lichtblitz des Schockwellendurchbruchs gewertet werden. Der Blitz entsprach zwölf Prozent der maximalen Supernova-Helligkeit. Statistisch nicht nachgewiesen werden konnten theoretisch zu erwartende Strahlungsvorläufer des Schockwellendurchbruchs. Die Schockwelle aus dem Eisenkernzusammenbruch läuft langsamer nach außen als die freigesetzten Photonen. Diese müssten Stunden vor dem Schockwellendurchbruch registriert werden können.</p>



<p>Die beiden Supernovae zeigten allerdings unerwartete Unterschiede. Während beide Explosionen eine ähnliche Energie entwickelten, konnte bei dem kleineren Stern keine Schockwelle aufgezeichnet werden. Die Wissenschaftler vermuten, KSN2011a könnte von einer Materiewolke umgeben gewesen sein, die den Schockwellen-Blitz verschluckt hat, als er die Sternenoberfläche erreichte. „Das ist eines der Rätsel in unseren Daten“, so Garnavich. „Man sieht zwei Supernovae und registriert verschiedene Dinge.“</p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignleft size-large"><a href="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/20160324_KSN2011d_Observation_a2.jpg" data-rel="lightbox-image-2" data-magnific_type="image" data-rl_title="" data-rl_caption="" title="" data-wpel-link="internal"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/20160324_KSN2011d_Observation_a2.jpg" alt="Wer es gerne wissenschaftlich mag, wird hier fündig. Das Diagramm zeigt den Verlauf der Helligkeit von KSN2011d anderthalb Stunden vor und nach Supernove-Beginn. Die feinen blauen Punkte sind die Messwerte von Kepler und die roten die 3,5-Stunden-Medianwerte zur Unterdrückung des Rauschens.
(Bild: Garnavich et al., arXiv:1603.05657v1)"/></a><figcaption>Wer es gerne wissenschaftlich mag, wird <a href="https://arxiv.org/abs/1603.05657" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">hier</a> fündig. Das Diagramm zeigt den<br> Verlauf der Helligkeit von KSN2011d anderthalb Stunden vor und nach<br> Supernove-Beginn. Die feinen blauen Punkte sind die Messwerte von Kepler und<br> die roten die 3,5-Stunden-Medianwerte zur<br> Unterdrückung des Rauschens.<br>(Bild: Garnavich et al., arXiv:1603.05657v1)</figcaption></figure></div>



<p>Die Erforschung von Supernovae dient unter anderem dem besseren Verständnis der Verteilung schwerer chemischer Elemente in räumlicher und zeitlicher Hinsicht in unserer Heimatgalaxie. Das wiederum könnte ein Baustein zur Erklärung unseres Daseins sein, denn schwere Elemente sind durchweg Ergebnis von Sternenexplosionen und die Grundlage des Lebens in unserem Sinne, betont NASA-Wissenschaftler Steve Howell, am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley für die Kepler-Mission zuständig.</p>



<p>Die Analyse der Daten aus der ersten Kepler-Mission bis 2013 durch KEGS steht kurz vor dem Abschluss. Der Kepler-Einsatz mit dem ursprünglichen wissenschaftlichen Beobachtungsprogramm musste 2013 nach dem Ausfall von zwei der vier Reaktionsräder zur Lagestabilisierung des Satelliten aufgegeben werden. Das Problem der Lagestabilisierung konnte jedoch durch eine spezielle Ausrichtung mit dem Ziel einer gleichmäßigen Verteilung des Strahlungsdrucks der Sonne auf die Sonde insoweit gelöst werden, dass das Kepler-Teleskop unter angepasster wissenschaftlicher Zielsetzung für eine Mission K2 nutzbar wurde. Der wesentliche Unterschied zu vorher ist ein alle 83 Tage wechselndes Sichtfeld. Das KEGS-Team wird auf der Suche nach weiteren Supernovae also weiterhin genügend Kepler-Daten durchkämmen können. Bei Ames-Research erwartet man von der Kepler-K2-Mission trotz Sichtfeldwechsel Dutzende weiterer Supernova-Beobachtungen. Mit viel Glück dürfte auch wieder ein Schockwellen-Blitz dabei sein.</p>



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		<title>Hawking-Strahlung</title>
		<link>https://www.raumfahrer.net/hawking-strahlung/</link>
		
		<dc:creator><![CDATA[Raumfahrer.net Redaktion]]></dc:creator>
		<pubDate>Wed, 17 Nov 2010 03:13:40 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Astronomie]]></category>
		<category><![CDATA[InSound]]></category>
		<category><![CDATA[Photonen]]></category>
		<category><![CDATA[Quantentheorie]]></category>
		<category><![CDATA[Schwarzes Loch]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>Die Suche nach der von Stephen Hawking theoretisch abgeleiteten Strahlung und die damit verbundene allmähliche Auflösung schwarzer Löcher, die durch einen Effekt der Quantentheorie entsteht, hat begonnen. Ein Beitrag von Hans J. Kemm. Quelle: eigene Recherchen, Phys. Rev. Lett. 105, 203901 (2010). Vertont von Peter Rittinger. Ein Professor für Physik hat auf einem Symposium einmal [&#8230;]</p>
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<h4 class="wp-block-heading">Die Suche nach der von Stephen Hawking theoretisch abgeleiteten Strahlung und die damit verbundene allmähliche Auflösung schwarzer Löcher, die durch einen Effekt der Quantentheorie entsteht, hat begonnen.</h4>



<p class="has-text-align-right has-small-font-size">Ein Beitrag von Hans J. Kemm. Quelle: eigene Recherchen, Phys. Rev. Lett. 105, 203901 (2010). Vertont von Peter Rittinger.</p>



<figure class="wp-block-audio"><audio controls src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/ismobil-2010-11-19-35573.mp3"></audio></figure>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignright size-large is-resized"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/17112010041340_small_1.jpg" alt="StarChild Learning Center / NASA" width="260"/><figcaption>
Stephen Hawking (Bild: StarChild Learning Center / NASA)
</figcaption></figure></div>



<p>Ein Professor für Physik hat auf einem Symposium einmal gesagt: Das Universum begann 10<sup>-43</sup> s nach dem Big Bang und endet 10<sup>43</sup> s nach ihm. Im Besonderen ging es dann in seiner Arbeit um einen begreifbaren Ablauf der Weltgeschichte. </p>



<p>Nach dem derzeitig allgemeinen Verständnis über das Ende des Universums werden sich die schon vorhandenen und die immer noch neu bildenden Schwarzen Löcher zu übergroßen Monstern entwickeln und alles vereinnahmen, was zur Zeit existiert. Wie das endgültige Ende dann aussieht ist bisher nur Spekulation und wann es eintritt ebenfalls. Große Theoretiker sprechen vom Big Crunch, Big Rip oder von der ewigen Expansion. Somit wäre in einer fernen Zukunft der gesamte vorhandene Raum leer bis auf die gewaltigen Schwarzen Löcher, da ja keine freie Materie mehr vorhanden ist und sich auch keine neue bilden kann. </p>



<p>Da kommt der englische Astrophysiker Stephen Hawking ins Spiel. Dieser exzellente Kosmologe stellte 1974 nach seinen Forschungen zu Schwarzen Löchern und zu den Vereinigungstheorien eine Überlegung in den Raum, welche die Lebensdauer eines Schwarzen Lochs betrifft. Nach seiner Vorstellung gelten in der Nähe von Ereignishorizonten die Gesetze der Quantenmechanik und es entstehen ständig virtuelle Teilchenpaare. Es kann nun nach statistischen Gesetzen vorkommen, dass einer der virtuellen Partner ins Gravitationsfeld gerät und unter den Ereignishorizont gezogen wird während sein Zwilling entkommt.  </p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignleft size-large is-resized"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/17112010041340_small_2.png" alt="eigenes Archiv" width="260"/><figcaption>
Photonenpaar 
<br>
(Bild: Raumfahrer.net)
</figcaption></figure></div>



<p>Da sich die virtuellen Paare dann nicht mehr innerhalb der Unschärfe vernichten können sind sie real geworden. Um aber die von der Unschärferelation geborgte Energie zur Erzeugung des Paars auszugleichen, geschieht dies auf Kosten der Masse des Schwarzen Lochs, denn Masse und Energie sind ja laut Einstein äquivalent. Statistisch entkommen der Singularität  gleich viele Teilchen und Antiteilchen die ihren Partner eingebüßt haben und werden real. Treffen zwei gegensätzliche Partner aufeinander vernichten sie sich in einem messbaren Strahlenblitz und werden zu realer Energie, die wie beschrieben, zu Lasten der Masse des Schwarzen Lochs geht. </p>



<p>Anhand weiterer Berechnungen wies Hawking nach, dass dieser Effekt umso stärker auftritt und sich umso mehr beschleunigt je kleiner das Schwarze Loch ist. Deshalb, so seine Schlussfolgerung, sind keine hypothetischen kleinen Schwarzen Löcher aus der Anfangszeit des Universums nachzuweisen, sie sind bereits in dem beschriebenen Prozess zerstrahlt. </p>



<div class="wp-block-image"><figure class="alignright size-large is-resized"><img decoding="async" src="https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2020/08/17112010041340_small_3.jpg" alt="F. Belgiorno et al., Phys. Rev. Lett. 105, 203901" width="260"/><figcaption>
Hawking-Strahlung (Bild: F. Belgiorno et al., Phys. Rev. Lett. 105, 203901)
</figcaption></figure></div>



<p>Um den Beweis für seine Theorie zu führen, müsste man den stetigen Strom entkommender Photonen als Wärmestrahlung messen. Diese ist allerdings sehr gering, bei einem Schwarzen Loch von einigen Sonnenmassen liegt sie gerade ein Zehnmillionstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt. </p>



<p>Die Hawking-Strahlung ist direkt abhängig von der Masse des Schwarzen Lochs, und zwar umgekehrt proportional. Daraus folgt, dass Löcher mit großer Masse nur schwach strahlen und lediglich Photonen emittieren. Kleine Löcher dagegen können sogar Elektronen oder Positronen erzeugen, sie wären sehr heiß und sollten Röntgen- oder Gammastrahlung aussenden. Am Ende, wenn ihre Masse genügend klein ist, vergehen sie dann in einer gigantischen Explosion. Bis heute konnte die Verschlankung Schwarzer Löcher noch nicht nachgewiesen werden, aber bei einem über sehr lange Zeit expandierenden Kosmos könnten somit auch die Schwarzen Löcher zerfallen. </p>



<p>Seit einigen Jahren bemühen sich zahlreiche Forschergruppen, künstliche Ereignishorizonte herzustellen und die an ihnen entstehende Strahlung nachzuweisen. </p>



<p>Erste Näherungen zeichnen sich ab, diese werden in einem nächsten Artikel hier vorgestellt. Unabhängig davon bleibt nur die Frage, ob die jetzt erzielten Ergebnisse ausreichend sind um als experimenteller Nachweis zu gelten. Messen werden wir die Hawking-Strahlung vorläufig wohl noch nicht. </p>



<p><strong>Verwandte Seite:</strong></p>



<ul class="wp-block-list"><li><a class="a" href="https://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung" target="_blank" rel="noopener follow" data-wpel-link="external">Eine weiterführende Information zur Hawking-Strahlung</a></li></ul>
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