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Kippenhahn-Preis für zwei MPA-Nachwuchswissenschaftler

24. Oktober 2017

Zwei Doktoranden des MPA erhalten den Kippenhahn-Preis 2016 für die beste Publikation eines MPA-Studenten. Titouan Lazeyras erhält den Preis für seinen Artikel "Large-scale assembly bias of dark matter halos", in dem er hochpräzise Messungen des „halo assembly bias“ vorstellt. Dijana Vrbanec wird für ihre Arbeit "Predictions for the 21 cm-galaxy cross-power spectrum observable with LOFAR and Subaru" ausgezeichnet, in der sie zeigt, dass auf Skalen größer als der typische Abstand zwischen Galaxienhaufen eine klare Anti-Korrelation zu sehen sein sollte.

Die beiden Preisträger Dijana Vrbanec (mitte) und Titouan Lazeyras (rechts) mit den MPA-Direktoren Volker Springel, Eiichiro Komatsu und Simon White (hinten, von links). Bild vergrößern
Die beiden Preisträger Dijana Vrbanec (mitte) und Titouan Lazeyras (rechts) mit den MPA-Direktoren Volker Springel, Eiichiro Komatsu und Simon White (hinten, von links). [weniger]

Halos aus Dunkler Materie spielen eine Schlüsselrolle für unser Verständnis der großräumigen Struktur. In ihnen befinden sich die Galaxien, die wir beobachten, und Bildung von Haufen Dunkler Materie Halos ist daher ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie sich Galaxienhaufen bilden. Mittlerweile ist bekannt, dass die Zusammenballung von Halos nicht nur von deren Masse sondern auch von der Geschichte der Halo-Entstehung und anderen Eigenschaften wie Form, Dichteprofil und Drehimpuls abhängt. Dies wird als „Assembly Bias“ bezeichnet.

Modelle, die Halo-Haufen mit Galaxienhaufen in Verbindung bringen, müssen daher noch andere Eigenschaften zusätzlich zur Halomasse berücksichtigen. Dies könnte eine wesentliche Ursache für systematische Fehler in kosmologischen Studien sein, die laufende sowie zukünftige Himmelsdurchmusterungen analysieren. Umgekehrt könnte es den Forschern interessante Einblicke in die Physik der Galaxienbildung geben und wie dieser Prozess mit den umgebenden Halos der Galaxien zusammenhängt.

Titouans Arbeit präsentiert saubere, hochpräzise Messungen des „halo assembly bias“. Hierfür verwendete er die neuartige Simulationstechnik für unterschiedliche Universen, die von der MPA Kosmologie-Gruppe entwickelt wurde. Seine Ergebnisse verbessern bisherige Ergebnisse in mehrfacher Hinsicht: Erstens, extrahiert diese Technik sehr sauber die Haufenbildung auf sehr großen Skalen. Zweitens zeigte er, dass der Assembly-Bias auch in Bias-Parametern höherer Ordnung auftritt. Drittens fügte er einige neue Entwicklungen hinzu und konnte zum ersten Mal den Assembly-Bias in Bezug auf zwei Halo-Eigenschaften gleichzeitig zeigen. Eine wichtige Schlussfolgerung aus Titouans Ergebnissen ist, dass der „Halo-Assembly-Bias“ ein komplexes Phänomen ist, das nicht durch eine einzelne, zusätzliche Variable, wie z. B. die Formationszeit, erklärt werden kann. Das Feld des Assembly-Bias bietet also noch viele Forschungsmöglichkeiten.

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Der Nachweis des 21cm-Signals von neutralem Wasserstoff während der Epoche der Reionisation bietet die zwar weiterhin die besten Bebobachtungen zur Reionisationsgeschichte und in Bezug auf den physikalischen Zustand des IGM bei hoher Rotverschiebung (z>7), allerdings ist das Signal sehr schwach und eine Detektion daher äußerst schwierig. Es wurde vorgeschlagen, die 21cm-Beobachtungen in Kombination mit Beobachtungen bei anderen Wellenlängen durchzuführen, was nicht nur helfen könnte, den Ursprung des Signals selbst zu bestätigen, sondern auch dessen Extraktion im Hinblick z. B. auf systematische Effekte zu maximieren.

Im Rahmen der LOFAR-SUBARU-Kooperation, untersuchte Dijana das Potenzial einer Kreuz-Korrelation des 21cm-Signals mit Lyman-Alpha-Emittern. Sie nutzte hierfür Simulationen der Reionisation um die theoretische Kreuzkorrelation zu bewerten und bezog auch die Eigenschaften beider Instrumente mit ein um künstliche Beobachtungen zu simulieren und Durchführbarkeit dieses Experiments bewerten zu können.

Dijana füllte bei der Definition und Durchführung des Projekts die Rolle des PI aus, wodurch sie zu einem Kernmitglied im EoR LOFAR Key Science Project wurde. Ihr Hauptergebnis besteht darin, dass auf Skalen größer als ~60 Mpc/h eine klare Anti-Korrelation zu sehen ist. Dies erlaubt eine Abschätzung der typischen Dimension der ionisierten Regionen bei verschiedenen Rotverschiebungen.

 
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