Heller als 100 Milliarden Sterne

Supernova-Forscher Friedrich Röpke ist Leiter der neuen HITS-Forschungsgruppe „Physics of Stellar Objects“ und zugleich Professor an der Universität Heidelberg. Der Astrophysiker untersucht mit Computersimulationen die energiereichen Prozesse beim Tod von Sternen.

Die moderne Astronomie begann mit einer Supernova: Als der dänische Astronom Tycho Brahe im November 1572 einen neuen Stern entdeckte, brach das Weltbild des Fixsternhimmels zusammen. Heute wissen wir, dass Brahe den Tod eines Sterns beobachtete, der in einer gigantischen Explosion endete. Wie diese Supernova-Explosionen entstehen, erforscht Friedrich Röpke. Der Astrophysiker nahm jetzt als Leiter der neuen Forschungsgruppe „Physics of Stellar Objects“ am Heidelberger Institut für Theoretische Studien seine Arbeit auf und wurde zum 1. März 2015 als W3-Professor für Theoretische Astrophysik der Universität Heidelberg ernannt. Dienstort der Professur ist das HITS. Die gemeinsame Berufung dokumentiert die intensive Zusammenarbeit der beiden Institutionen. Mit Friedrich Röpke und Volker Springel sind jetzt zwei HITS-Astrophysiker als Professoren an der Universität Heidelberg tätig.
„Die neue Gruppe ist ein weiterer wichtiger Baustein in unserem Konzept“, sagt Klaus Tschira, der das HITS 2010 als gemeinnütziges Forschungsinstitut ins Leben gerufen hat. „Die stellare Astrophysik, wie sie Friedrich Röpke betreibt, ergänzt hervorragend die Forschung von Volker Springels Gruppe, die sich mit großräumigen Prozessen wie der Strukturbildung des Universums und der Entstehung von Galaxien befasst.“
Friedrich Röpke (40) studierte Physik an der Universität Jena und der University of Virginia, Charlottesville/USA, und wurde 2003 an der TU München promoviert. Danach arbeitete er als Postdoc am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching und an der University of California, Santa Cruz/USA. 2008 habilitierte er sich an der  TU München,  im gleichen Jahr wurde er Leiter einer Emmy-Noether-Forschungsgruppe am MPA. 2011 nahm er den Ruf auf eine Professor für Astrophysik an der Universität Würzburg an.  Röpke erhielt 2010 den „ARCHES Award“ des BMBF, gemeinsam mit Prof. Avishay Gal-Yam vom Weizmann Institut in Rehovot/Israel. Mit dem Preis werden Nachwuchswissenschaftler ausgezeichnet, deren Forschungen spürbare Auswirkungen auf das betreffende Forschungsgebiet versprechen.

Der Astrophysiker untersucht Supernovae vom Typ Ia. Astronomen können damit Entfernungen im All bestimmen: Der Physiknobelpreis 2011 ging an Forscher, die mit Supernovae die beschleunigte Expansion des Weltalls nachwiesen. Mit einem von ihnen, Brian Schmidt (Australian National University in Canberra), arbeitet die Gruppe von Friedrich Röpke eng zusammen, gefördert vom  Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD). Ziel von Röpkes Forschung ist es, genau zu verstehen, was passiert, wenn Sterne sterben. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern bewies der Astrophysiker anhand von Computersimulationen, dass einige leuchtstarke Supernovae dadurch entstehen können, dass zwei kompakte Sterne, sogenannte „weiße Zwerge“, miteinander verschmelzen. Er untersucht auch Alternativen, die eine Explosion eines weißen Zwergsterns modellieren, wenn er die Grenzmasse seiner Stabilität (die sogenannte Chandrasekhar-Masse) erreicht. Dafür lässt Röpke aufwändige Computersimulationen auf Supercomputern laufen.  Die „weißen Zwerge“ sind nur noch so groß wie die Erde und weisen eine ungeheuer große Dichte auf. Wenn sie als Supernova explodieren, leuchten sie heller als die gesamte Galaxie. „Mit unseren detaillierten Simulationen konnten wir Daten vorhersagen, die sehr gut mit tatsächlichen, am Teleskop gewonnenen Beobachtungen von Supernovae des Typs Ia übereinstimmen“, erklärt Friedrich Röpke.
„Die Modellierung von Supernovaexplosionen macht aber nur einen Aspekt unserer   Forschung am HITS aus“, sagt der Astrophysiker. „Unser Interesse gilt darüber hinaus allgemein der Frage, wie sich Sterne entwickeln und wie in ihnen die Elemente entstehen, die unsere Welt ausmachen.“ Die klassische Astrophysik verfolgt die Sternentwicklung mit stark vereinfachenden Annahmen. „Um eine verbesserte Vorhersagekraft der Modelle zu erreichen, ist es notwendig, physikalische Prozesse in Sternen dynamisch zu beschreiben“, so der Astrophysiker. Er hat mit seiner Gruppe einen neuen Computercode entwickelt, der zusammen mit der rasant steigenden Leistungsfähigkeit von Supercomputern neue Perspektiven bei der Modellierung von Sternen eröffnet.

Anders als wir es von unserem Sonnensystem kennen, existiert die Mehrzahl der Sterne im Universum in Mehrfach-Systemen. Die Wechselwirkung zwischen solchen Sternen hat starke Auswirkung auf ihre Entwicklung, ist aber bisher im Detail weitgehend unverstanden. In enger Kooperation mit der bereits am HITS bestehenden Astrophysik-Gruppe von Volker Springel arbeitet Friedrich Röpke an neuen Computersimulationen, um dieser Frage auf den Grund zu gehen.

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