Strukturbildung

Computergestützte Strukturbildung

400.000 Jahre nachdem seinem Beginn, war unser Universum heiß, dicht und fast strukturlos. Die heutige Welt der Galaxien ist aber äußerst strukturiert, bis auf die extrem großräumigen Strukturen, und zeigt sowohl außerordentliche Vielfalt als auch überraschende Regelmäßigkeit. Großangelegte Computersimulationen sind das wichtigste Forschungsinstrument, um zu verstehen, wie sich diese Komplexität aus den bemerkenswert einfachen Anfangsbedingungen, die man auf Karten der Mikrowellenhintergrundstrahlung sehen kann, herausgebildet hat.

Die Wissenschaftler am MPA sind in allen Aspekten solcher Simulationen aktiv, sie entwickeln numerische Algorithmen, wenden diese auf den größten verfügbaren Hochleistungsrechnern an und benutzen die Ergebnisse, um Beobachtungsdaten von Galaxien, Galaxienhaufen und großräumigen Strukturen auszuwerten. Sie versuchen zu verstehen, wie sich die Eigenschaften der dunklen Materie und dunklen Energie in der nicht-linearen Struktur von Galaxien und deren dunkler Materie widerspiegelt. Außerdem entwickeln sie Modelle astrophysikalischer Prozesse für Strahlung, Chemie und Dynamik, die die Galaxien formen und deren Wechselwirkungen mit dem intergalaktischem Material, das sie umgibt, steuern.

Der numerische Ansatz wird am MPA auch angewandt, um die Dynamik der dunklen Materie auf Größenskalen vom subatomaren bis zum kosmologischen Bereich zu erforschen, um zu untersuchen, wie die Entwicklung von Sternen und schwarzen Löchern sowohl die Struktur einzelner Galaxien als auch die systematischen Eigenschaften einer ganzen Population beeinflusst, um Daten des starken und schwachen Gravitationslinseneffektes zu interpretieren und daraus die Struktur der Galaxien und der dunklen Materie abzuleiten, um nachzuvollziehen wie die ersten Sterne und Galaxien entstehen und wie sie das Universum reionisieren, und um zu erklären, wie circum- und intergalaktisches Gas, das mehr als 80% aller kosmischen Baryonen enthält, durch die Wechselwirkung mit den Galaxien strukturiert ist.

Wissenschaftler

interessiert sich für die Entstehung der ersten Strukturen und die Reionisierung des Universums. Sie ist die Projektleiterin am MPA für LOFAR und ist besonders in Studien über den Zeitraum der Reionisierung involviert.

Benedetta Ciardi

interessiert sich für die Entstehung der ersten Strukturen und die Reionisierung des Universums. Sie ist die Projektleiterin am MPA für LOFAR und ist besonders in Studien über den Zeitraum der Reionisierung involviert.

simuliert die Entstehung von einzelnen Galaxien und deren interstellares Medium und ist besonders daran interessiert, die numerische Wiedergabe der komplexen Prozesse zu verbessern, die das Galaxie-Scale-Feedback der Sternentstehung und die AGN Aktivität leiten.

Thorsten Naab

simuliert die Entstehung von einzelnen Galaxien und deren interstellares Medium und ist besonders daran interessiert, die numerische Wiedergabe der komplexen Prozesse zu verbessern, die das Galaxie-Scale-Feedback der Sternentstehung und die AGN Aktivität leiten.

interessiert sich für kosmische großräumige Strukturen und wie diese benutzt werden können, um die allgemeine Relativitätstheorie zu testen und die Eigenschaften der dunklen Materie, der dunklen Energie und der Entstehung inflationärer Strukturen zu erforschen.

Fabian Schmidt

interessiert sich für kosmische großräumige Strukturen und wie diese benutzt werden können, um die allgemeine Relativitätstheorie zu testen und die Eigenschaften der dunklen Materie, der dunklen Energie und der Entstehung inflationärer Strukturen zu erforschen.

benützt präzise numerische Modelle von starken Gravitationslinsen-effekten von Galaxien und Galaxienhaufen, um die nichtlineare Struktur in kleinem Umfang einzuschränken und damit die Eigenschaften der dunklen Materie.

Simona Vegetti

benützt präzise numerische Modelle von starken Gravitationslinsen-effekten von Galaxien und Galaxienhaufen, um die nichtlineare Struktur in kleinem Umfang einzuschränken und damit die Eigenschaften der dunklen Materie.

interessiert sich für die detaillierte Struktur der Verteilung der dunklen Materie und dafür zu verstehen, wie sich die physikalischen Prozesse, die die Galaxienentstehung bestimmen, sich in den Skalierungsverhältnissen, in der Galaxienflucht und in der Entwicklung von Galaxienpopulationen wiederspiegeln.

Simon White

interessiert sich für die detaillierte Struktur der Verteilung der dunklen Materie und dafür zu verstehen, wie sich die physikalischen Prozesse, die die Galaxienentstehung bestimmen, sich in den Skalierungsverhältnissen, in der Galaxienflucht und in der Entwicklung von Galaxienpopulationen wiederspiegeln.

Projekte/Kollaborationen

Das Virgo Supercomputing Consortium ist eine internationale Kollaboration, die sich High-End Simulationen zur Entstehung von Galaxien, Galaxienhaufen und kosmischen  großräumigen Strukturen widmet.

LOFAR ist ein internationaler Verbund niederfrequenter Radioteleskope mit Sitz in den Niederlanden, für den das MPA eine Teilstation gebaut hat und betreut, ungefähr 40km nördlich des Instituts.

ATLAS-3D ist eine Studie über die kinematischen Strukturen und die Metallizitätsverteilung in einer repräsentativen Probe von nahen, frühen Galaxien. Das MPA hat die Simulationen geliefert, die benutzt wurden, um die Beobachtungen zu deuten.

SILCC ist eine Zusammenarbeit, um auf Hochleistungsrechnern Simulationen der Sternentwicklung und von Rückkopplungsprozessen durchzuführen, innerhalb einer representativen Region des interstellaren Mediums einer typischen, sternbildenden Galaxie.

Galformod war ein vom ERC finanziertes Projekt, um neue Modellbausteine zu erschaffen, die die Entwicklung von Galaxienpopulationen in allen sinnvollen Kosmologischen Modellen simulieren können, und zwar mit einer Vielzahl an Annahmen über die dabei herrschenden physikalischen Prozesse. Diese Modelle und viele verschiedene Datensätze, wie das Millennium Run Observatory, sind auf der Galformod Seite erhältlich.

EAGLE ist ein Projekt des Virgo Consortiums, das große hydrodynamische Simulationen zur Entstehung von Galaxienpopulationen in kosmologisch representativen Raumausschnitten durchführt und deutet.