Wenn ein Stern nach dem Verbrauch seines Brennstoffs in Form einer gewaltigen Supernova explodiert, wird die dabei freigesetzte Materie oftmals trotz der kugelförmigen Gestalt des Sterns nicht symmetrisch in alle Richtungen ausgestoßen. Explosionen auf der Oberfläche des Sterns sind vielmehr asymmetrisch verteilt, und Forscher glauben, dass dies mathematisch mit Singularitäten in den Gleichungen der Hydrodynamik beschrieben werden kann. Nun sind sie dem Ursprung dieser Singularitäten mithilfe eines einfachen Experiments näher gekommen – und zwar mit nichts weiterem als einer genauen Studie von Luftbläschen in einem Wasserglas.
Wendy Zhang und ihre Kollegen von der Universität von Chicago untersuchten in ihrem Experiment, wie sich Luftbläschen unter Wasser von der Öffnung einer mit Luft gefüllten Spritze abkoppeln. Dazu hielten die Forscher diesen Vorgang mit einer Hochgeschwindigkeitskamera fest. Anschließend untersuchten sie systematisch, wie die Form und Ausrichtung der Spritzennadel das Abkoppeln eines an der Öffnung gebildeten Bläschens beeinflussten.
Zur Überraschung der Forscher war der Querschnitt der Bruchstelle nicht wie bisher angenommen kreisförmig. Vielmehr koppelten sich die die entlang der Nadelachse schwebenden Bläschen oftmals dank eines Bruchs entlang ihrer Längsrichtung ab. Die Form der Blasen hing dabei auch von der Ausrichtung der Nadel ab ? selbst eine Änderung um etwa ein Zehntel eines Grads führte zu einem unterschiedlichen Verhalten.
Diese Ergebnisse lassen sich mithilfe von Singularitäten, also mathematisch nur durch viele Tricks erfassbaren Lösungen der Navier-Stokes Gleichungen der Hydrodynamik erklären, so Zhang. Diese notorisch schwer zu knackenden Gleichungen wurden dabei mithilfe eines umfangreichen Computerprogramms annährend gelöst.
Die Forscher untersuchten zudem, wie winzige Unebenheiten in der Öffnung der Nadel das Ablösen der Tropfen beeinflussten. Die Nadel kann gewissermaßen als Modellsystem für die Quelle einer Explosion auf einer Sternoberfläche angesehen werden, so Zhang.
Physical Review Letters, Band 97, Artikel 144503 Stefan Maier
