Helmholtz-Perspektiven 03

18 forschung Helmholtz Perspektiven November – Dezember 2013 Ein äußeres, vertikales Magnetfeld kommt hinzu, wenn auch noch der vermeintliche Gartenschlauch, in Wirklichkeit eine elektrische Spule, unter Strom steht. „MRI und Dynamoeffekt: Das ist im wahrsten Sinne des Wortes eine total verwickelte Geschichte!“ Dieses Experiment stellt die Vorgänge nach, die in einer Akkretionsscheibe ablaufen. Entscheidend ist nun die Strömung im flüssigen Metall, die von Ultra- schallsensoren exakt gemessen wird. Stefani und sein Team konnten dabei Instabilitäten in der Strö- mung beobachten – ganz so, wie sie auch Schwarze Löcher in ihren Akkretionsscheiben brauchen, um die Materie allmählich ins Zentrum ziehen und schließlich schlucken zu können. „Ab einer bestimm- ten Stromstärke im Stab wandern Wellen durch das flüssige Metall“, sagt Stefani. „Diese Wellen sind eine Folge der Magneto-Rotationsinstabilität.“ Und genau das war der gesuchte Beweis. Damit war den HZDR-Forschern in Zusammenarbeit mit Kolle- gen vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam der weltweit erste experimentelle Beleg dieses physikali- schen Phänomens gelungen. Stefani vermutet, dass der Dynamoeffekt und die Magneto-Rotationsinsta- bilität – kurz MRI – möglicherweise viel enger mitei- nander verknüpft sind als bisher angenommen. „Die Akkretionsscheibe rotiert innen schneller als außen und kann das Magnetfeld aufwickeln, das dann die MRI antriggert, die wiederum Magnetfelder erzeugt, die dann aufgewickelt werden und so weiter“, sagt Stefani und fügt schmunzelnd hinzu: „MRI und Dyna- moeffekt: Das ist im wahrsten Sinne des Wortes eine total verwickelte Geschichte!“ Durch die MRI gibt die Materie in den inneren Bereichen der Scheibe einen Teil ihres Drehimpulses nach außen und wird dadurch abgebremst. Als Folge davon wandert sie noch weiter nach innen, bis sie schließlich auf einer schraubenförmigen Bahn das Schwarze Loch erreicht und von diesem einverleibt wird. Mit seinen experimentellen Nachweisen magneti- scher Phänomene ist das HZDR auch internatio- nal erfolgreich – und das, obwohl die Dresdner Forschungseinrichtung vergleichsweise klein ist. Stefanis nächstes Großprojekt wird den Erddynamo, also die Selbsterregung des Erdmagnetfeldes, genau unter die Lupe nehmen. Unter dem Namen DRESDYN – DREsden Sodium facility for DYNamo and thermohydraulic studies – entsteht in Rossen- dorf eine Versuchsanlage, die 8.000 Liter flüssi- ges Natrium fasst. Sie soll in zwei verschiedene Richtungen rotieren können und so die Erdrotation nachahmen: um die Erdachse herum und zusätzlich die Rotation der Erdachse selbst. Letztere wird Präzession genannt. „Präzession ist sicher nicht die einzige Energiequelle des Erddynamos, aber einen Einfluss auf die Erzeugung des Magnetfeldes gibt es mit großer Sicherheit“, sagt Frank Stefani. So wird er seinen Besuchern auch künftig viel erklären müssen. Andreas Fischer Magnetfeld-Experte Frank Stefani erforscht an flüssigem Metall, wie Magnetfelder entstehen. Bild: Andreas Fischer

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