Einfluss dynamischer Abschirmung bei Elektroneneinfang- und triple Alpha-Reaktionen in astrophysikalischen Plasmen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Röpke
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 106332589

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im vorliegenden Projekt wurde ein mikroskopischer quantenstatistischer Zugang zu nuklearen Reaktionsraten in astrophysikalischen Objekten entwickelt. Basierend auf der Methode der thermodynamischen Green-Funktionen kann der Einfluss von Mediumeffekten wie Abschirmung, Entartung und Korrelationen systematisch erfasst werden. Zentraler Punkt ist dabei die Darstellung der Reaktionsrate durch Mehrteilchen-Korrelationsfunktionen. Insbesondere kann damit die Dynamik von Mediumeffekten berücksichtigt werden. Der entwickelte Formalismus wurde exemplarisch auf einige relevante Kernreaktionen angewendet. Beim Deuterium-Brennen in massearmen Sternen und brauen Zwergen führt die Berücksichtigung zusätzlicher Medium-Effekte wie dynamischer Abschirmung und partieller Entartung zu Korrekturen in der Reaktionsrate, die massenabhängig sind. Bei Sternen von 1% Sonnenmasse wird eine Korrektur von ca. 30% erreicht. Bei der Behandlung von niederdichten Kernanregungen, etwa des Hoyle-Zustands in Kohlenstoff oder analoger Zustände in Sauerstoff, lassen sich Mediumeffekte im Rahmen eines quantenstatistischen Zugangs beschreiben. Clusterbildung führt zu ausgedehnten, schwach gebundenen Kernzuständen die besonders empfindlich für Mediumeffekte, etwa dynamische Abschirmung, sind. Neue Ergebnisse wurden zu den Strukturen von Hoyle-artigen Kernen erhalten. Als alternativer Zugang zur thermodynamischen Green-Funktionenmethode wurde die Rekursions-Relationenmethode weiterentwickelt. Mit dieser Methode ist ebenfalls eine systematische, allerdings nicht störungstheoretische Behandlung von Mediumkorrekturen möglich. Erschwert wird die Auswertung der Korrelationsfunktionender durch den mathematischen Formalismus der Kettenbrüche. Daher wurden als einfache Beispiele ein harmonischer Oszillator und die harmonische Kette untersucht. Exzellente Übereinstimmung zwischen Resultaten der Rekursions-Relationenmethode und exakt bekannten Eigenschaften konnte nachgewiesen werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Isoscalar monopole excitations in 16 O: α-cluster states at low energy and mean-field-type states at higher energy
  T. Yamada et al.
  
• Microscopic study of 4α-particle condensation with inclusion of resonances. Phys. Rev. C 82, 024312 (2010)
  Y. Funaki et al.
  
• Screening correction to nuclear reaction rates in brown dwarfs and lowmass stars. PoS (NIC XI) 135 (2010)
  A. Wierling
  
• Wave-number dependent current correlation for a harmonic oscillator. Phys. Rev. E 82, 051107 (2010)
  A. Wierling and I. Sawada
  
• Hokkaido University, Physics department, Feb. 2011: Correlations in dense plasmas: Spectral line features and modifications of nuclear reaction rates
  A. Wierling
  
• Kagawa University, Environmental and Chemical Materials Science, 6.4. 2011: Exploiting correlations for the diagnostics of dense plasmas
  A. Wierling
  
• Osaka University, Center for Atomic and Molecular Technologies, 2.2. 2011: Exploiting correlations for the diagnostics of dense plasmas
  A. Wierling
  
• Research Center for Nuclear Physics Osaka, 27.4. 2011: Screening corrections to nuclear reaction rates in astrophysical plasmas at intermediate coupling
  A. Wierling
  
• Dynamic structure factor of linear harmonic chain – a recurrence relation approach. Eur. Phys. J. B 85, 20 (2012)
  A. Wierling
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1140/epjb/e2011-20571-5)