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Zur Zukunft von Sonnen - Die Astrophysikerin Nicole Reindl forscht im neuen Postdoc-Programm der Universität Potsdam

Die Astrophysikerin Nicole Reindl. | Foto: Tobias Hopfgarten

Die Astrophysikerin Nicole Reindl. | Foto: Tobias Hopfgarten

16 Stellen hat die Universität Potsdam im Rahmen ihres neuen Postdoc-Programms ausgeschrieben – mit freier Themenwahl. Drei Jahre lang können sich die Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler nun in Potsdam ihrem ganz persönlichen Forschungsprojekt widmen. Nicole Reindl ist eine der neuen Postdoktorandinnen. Die Astrophysikerin forscht seit April 2019 am Institut für Physik und Astronomie. Ihr Thema: Weiße Zwerge, jene Form von Sonnen, die diese zum Ende ihres Lebens hin annehmen.

Auf dem Flur vor Dr. Nicole Reindls Zimmer hängt ein Poster, das den Lebensweg der Sterne zeigt. Sterne mit einer großen Masse, lässt sich dort sehen, brennen nur wenige Millionen Jahre, bis sie in einer Supernova explodieren. Sterne mit einer geringeren Masse – so wie auch unsere Sonne – können Milliarden von Jahren ruhig brennen. Erst wenn der Wasserstroff im Sonneninneren aufgebraucht ist, blähen sie sich zu einem roten Riesen auf, bis zu 200 Mal so groß wie die Sonne, der schließlich einen großen Teil seiner Masse als planetarischen Nebel verliert. Der Rest des Sterns schrumpft zu einem Weißen Zwerg, einem kleinen, sehr heißen und sehr dichten Stern.

Diese Weißen Zwerge und ihre unmittelbaren Vorläufer sind es, die Dr. Nicole Reindl erforscht. Seit April ist sie Postdoktorandin in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stephan Geier am Institut für Physik und Astronomie, im Rahmen des neuen Postdoc-Programms der Universität Potsdam, das exzellente Nachwuchsforschende an die Universität bringen soll. Reindl war zuvor drei Jahre lang in Großbritannien, an der Universität Leicester, im Herbst 2018 kam sie als Gastwissenschaftlerin in die Gruppe von Prof. Stephan Geier, mit dem sie, wie sie berichtet, schon seit Jahren zusammen arbeite. In dieser Zeit kam die Zusage für die Postdoc-Stelle – die „sehr gute und fruchtbare“ Zusammenarbeit in der Arbeitsgruppe kann sie also auch in den nächsten drei Jahren fortsetzen.

Reindl hat zunächst in Siegen Physik studiert, und hat für den Master an die Universität Tübingen gewechselt, wo sie auf die Astrophysik gestoßen ist. „In der Master-Arbeit“, sagt sie, „habe ich gemerkt, dass ich mich da so richtig zu Hause fühle.“ In Tübingen hat sie anschließend auch promoviert, für ihre Dissertation über die Spektralanalyse von Weißen Zwergen erhielt sie den Dissertationspreis der Astronomischen Gesellschaft. Anschließend ist sie an die Universität Leicester in Großbritannien gewechselt, wo sie Drittmittel der renommierten Royal Commission for the Exhibition of 1851 einwarb.

Schon während der Promotion hat Reindl sich auf die Analyse von Weißen Zwergen spezialisiert. Weiße Zwerge – das Endstadium von Sonnen mit einer Masse, die höchsten achtmal so groß ist wie die unserer Sonne – machen rund 95 Prozent aller Sterne aus. Nicht nur das macht sie für Untersuchungen interessant. Weiße Zwerge mit ihren Temperaturen von bis zu 200 000 Grad können als „Laboratorium“ dienen, erklärt Reindl. „Solche hohen Temperaturen und große Dichten wären auf der Erde nie herstellbar.“ Die Untersuchung von Weißen Zwergen kann zeigen, welche Zustände Atome unter solchen Bedingungen annehmen. Zugleich sind Weiße Zwerge sehr alt, teils bis zu 12 Milliarden Jahre. Das macht sie interessant für eine Art „galaktische Archäologie“, die sich mit der Geschichte unserer Galaxie beschäftigt. „Und schließlich interessiert es ja auch, zu wissen, was mit unserer Sonne irgendwann einmal passiert.“

Wie die Zukunft der Sonne aussehen könnte, das hat Reindl in ihrem letzten Projekt untersucht. Denn die Entwicklung von Sonnen verläuft nicht immer gleich. Etwa zehn Prozent der heißesten weißen Zwerge weisen Anzeichen von fast vollständig ionisierten gasförmigen Metallen auf – Elemente in einem Zustand, der nur bei extrem hohen Temperaturen vorkommt, noch weitaus höher als jene, die für Weiße Zwerge normal sind. Wie es dazu kommen kann, dafür konnte Reindl mit ihrem internationalen Team eine Erklärung liefern: Solche Sterne sind sehr wahrscheinlich von einem Magnetfeld umgeben, das das gasförmige Material, das von ihrer Oberfläche abströmt, einfängt. Schockwellen innerhalb dieser sogenannten Magnetosphäre heizen das Material stark auf und streifen dabei fast alle Elektronen von den Metall-Atomen ab.

Reindls „Lieblingsstern“ ist der Zentralstern des Stingray („Rochen“)-Nebel, etwa 5.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Ihn hat sie schon seit ihrer Doktorarbeit im Blick: Teleskope wie das Hubble Space Teleskop oder große Himmelsdurchleuchtungen mit erdgebunden Teleskopen, die Millionen von Sternen aufnehmen, generieren große Mengen an Daten. Diese werden dann auf auf jene Forschenden weltweit verteilt, die zu den verschiedenen Sternen arbeiten – so erhalten Reindl und ihre Kolleginnen und Kollegen etwa Daten aus jenen Spektren, die sich auf Weiße Zwerge beziehen. Aus diesen Daten lässt sich ablesen, wie heiß die Sterne jeweils sind, wie stark die Gravitation ist, welche Elemente dort vorkommen.

Ihr Stern, sagt Reindl, sei besonders interessant. Normalerweise entwickelten sich Sterne sehr langsam: „Wenn man 20 Jahre später hinschaut, sieht das immer noch gleich aus.“ Bei dem Zentralstern des Stingray-Nebels sei dies anders: „Bei dem kann man erstaunlicherweise zuschauen, wie er sich verändert.“ Zudem sei es ein Stern, der bereits seit langer Zeit beobachtet würde – so lassen sich sehr gut Aussagen über seine Entwicklung treffen.

So gelang es Reindl und ihren Kollegen nachzuweisen, dass die Ursache für die ungewöhnlich schnelle Entwicklung in einem erneuten Zünden der Helium-Schale liegt, die den Kern des Sterns umgibt. Dadurch kehrt der Stern nochmal in ein früheres Stadium zurück. Die Weißen Zwerge bleiben auch künftig Reindls Thema. In den nächsten drei Jahren möchte sie ihre Studien zu Weißen Zwergen, die hoch-ionisierte Metalle aufzeigen, vertiefen und daran arbeiten, die Analyse von Weißen Zwergen in den großen Himmelsdurchleuchtungen zu verbessern.

Die Wissenschaftlerin

Dr. Nicole Reindl studierte Physik in Siegen und Tübingen, wo sie anschließend in Astrophysik promovierte. Von 2016 bis 2019 forschte sie an der Universität Leicester in Großbritannien. Seit April 2019 ist sie als Postdoktorandin Teil der Arbeitsgruppe „Stellare Astrophysik“ am Institut für Physik und Astronomie unter der Leitung von Prof. Dr. Stephan Geier.
E-Mail: nreindlgmailcom

Text: Juliane Schumacher
Online gestellt: Sabine Schwarz
Kontakt zur Online-Redaktion: onlineredaktionuni-potsdamde