Highlights 2021

Im interstellaren Medium (ISM) von Galaxien bilden sich neue Sterne in kleinen Gruppen von wenigen hundert und Haufen mit bis zu mehreren Millionen Sternen. Theoretische Modelle, die diesen Prozess und seine Auswirkung auf die Galaxienentwicklung erklären können, stecken noch in den Kinderschuhen. Forschende am MPA und ihre Kollegen haben ein hochkomplexes Modell entwickelt, um die verschiedenen Phasen des ISM und die Entstehung von Sternhaufen zu simulieren. Diese Supercomputersimulationen zeigen, dass ihre Eigenschaften davon abhängen, wie effizient sich Sterne aus dem kalten dichten Gas bilden können. Eine detaillierte Aufbereitung der Simulationsdaten erlaubt einen direkten Vergleich mit direkten Beobachtungen. Dieser Vergleich zeigt Erfolge des theoretischen Modells aber auch seine Grenzen auf. Er erlaubt auch Aussagen über die Genauigkeit, mit der Eigenschaften in dichten Sternhaufen aus Beobachtungen abgeleitet werden können. Die Studien sind ein großer Schritt hin zu einem umfassenden Modell der Entstehung von Sternhaufen. mehr

Die Farben und Sternentstehungsraten von Galaxien sind bei Abständen bis zu 10 Megaparsec stark miteinander korreliert. Die derzeitigen Modelle zur Galaxienentstehung können diese großräumigen Korrelationen jedoch nicht gut wiedergeben. WissenschaftlerInnen am MPA, der Universität Surrey und der Universität Heidelberg aktualisieren deshalb das Münchner Galaxienentstehungsmodell L-GALAXIES mit einer ausgeklügelten und exakten Methode, um die Einflüsse der Galaxienumgebung zu berücksichtigen. Das neueste Modell stimmt deutlich besser mit den Beobachtungen überein als seine Vorgänger und zeigt, dass die Eigenschaften der Galaxien stärker von ihrer Umgebung abhängen und zwar bis zu Entfernungen von mehreren Megaparsec von den Zentren ihrer Halos aus dunkler Materie. mehr

Vor etwa 13 Milliarden Jahren führte die von den ersten Galaxien ausgesandte Strahlung zu einer grundlegenden Veränderung des Universums. Die enormen Mengen an Wasserstoff, die den Raum zwischen den Galaxien füllten, wurden ionisiert; ein Prozess, der kosmische Reionisation genannt wird. Obwohl eng miteinander verknüpft, werden die Entstehung der ersten Galaxien und der Reionisationsprozess normalerweise getrennt voneinander untersucht. Ein internationales Team unter der Leitung von und mit MPA-Forschern hat nun eine Reihe von Simulationen erstellt, die zum ersten Mal diese beiden Aspekte am Anfang des Universums gleichzeitig untersuchen und dabei Besonderheiten ihres Zusammenspiels aufzeigen. Diese neuen numerischen Arbeiten, die in Kürze öffentlich gemacht werden, bieten eine einzigartige Plattform, um das junge Universum zu untersuchen und die Daten des bald verfügbaren James-Webb-Weltraumteleskops bestmöglich zu nutzen. Erste Ergebnisse von THESAN haben bereits gezeigt, dass die einzigartige Kombination von physikalischer Genauigkeit und den simulierten Skalen einen Großteil der verfügbaren Daten reproduzieren können, darunter auch einige die früheren numerischen Berechnungen entgangen sind. mehr

Kosmologische Simulationen zeigen, dass das Wachstum von Galaxien im frühen Universum durch das Zusammenspiel von Gasakkretion auf Halos aus dunkler Materie und Materieausstoß durch Sterne und aktive galaktische Kerne (AGN) gesteuert wird. Während diese Prozesse in theoretischen Arbeiten routinemäßig behandelt werden, ist aus Beobachtungen noch wenig über den komplexen Austausch von Masse und Energie innerhalb der Halos von Galaxien bekannt, wo großräumiger Einfall (d.h. Akkretion) auf Ausfluss (d.h. Ausstoß) trifft. Vor kurzem konnte ein internationales Team von Astronomen das Halo-Gas eines massereichen Galaxiensystems, SMM J02399-0136, mit einem neuartigen Ansatz untersuchen. Diese Beobachtungen enthüllten – zum ersten Mal – den Einfall einer großen Masse von diffusem, hoch turbulentem, mehr-phasigem Gas in Richtung der Galaxien, das von starken Ausströmungen durchdrungen ist und sich mehr als zehnmal weiter ausdehnt als die Sternentstehungsgebiete der Galaxie. mehr

Astronomen haben eine seltene Sichtung gemacht: Aufgrund der verräterischen Tropfenform eines Sterns werden er und sein Begleitstern ein explosives Ende finden. Die charakteristische Form wird durch einen nahen, massereichen Weißen Zwergstern verursacht, der den Stern aufgrund seiner intensiven Schwerkraft verformt. Dies ist auch der Katalysator für die schlussendliche Supernova sein wird, die beide verschlingen wird. Das Sternsystem wurde von einem internationalen Team von Astronomen und Astrophysikern unter der Leitung der University of Warwick gefunden. Es handelt sich hierbei um eines der wenigen bekannten Sternsysteme, bei denen eines Tages der Kern eines Weißen Zwergsterns erneut zündet. Astronomen am MPA bestätigten das endgültige Schicksal des Sterns mit theoretischen Modellierungen. mehr

Das Gas in und um Galaxien kann mit Studien der Absorptionslinien im Licht von Hintergrund-Quasaren untersucht werden. Wissenschaftler am MPA haben nun eine große Stichprobe aus dem SDSS DR16 verwendet, um Absorber in Hintergrund-Quasaren automatisch zu erkennen und sie mit Vordergrundgalaxien in Verbindung zu bringen. Ihre Analyse zeigt, dass kühles zirkumgalaktisches Gas für Galaxien mit hoher Sterneentstehung einen anderen physikalischen Ursprung hat als für passive Galaxien. mehr

Einige der energiereichsten Strahlen, die die Erde erreichen, stammen von einem explodierten Stern in unserer Galaxie. Ein internationales Forscherteam konnte nun die Entfernung zu diesem Objekt anhand einer benachbarten Staubwolke viel genauer messen als je zuvor. Dies ist der erste Schritt, um die energiereichen Prozesse, die in diesem Supernova-Überrest ablaufen, besser zu verstehen. mehr

Magnetfelder sind heute im Universum allgegenwärtig, von Sternen bis hin zu Galaxienhaufen. Ihr Ursprung bleibt jedoch ein Rätsel. MPA-Forscher haben nun verschiedene Mechanismen, die für die Magnetogenese - also wie Magnetfelder entstehen könnten – vorgeschlagen wurden, in Galaxien mit hoher Rotverschiebung sehr detailliert simuliert. Sie verfolgten auch den Einfluss dieser Magnetfelder auf die Entstehung und Entwicklung von Galaxien und liefern so eine wichtige Orientierung für zukünftige Beobachtungen sowie weitere Simulationen. Diese Studie zeigt, dass frühe Galaxien der Schlüssel zum Verständnis des Ursprungs kosmischer Magnetfelder sein könnten. Sie liefert auch die erste Untersuchung eines neuartigen Mechanismus für die Magnetogenese auf galaktischen Skalen. mehr

Schwarze Löcher mittlerer Masse (intermediate mass black holes, IMBH) sollten den Übergang von beobachteten stellaren Schwarze Löcher zu supermassiven Schwarzen Löchern bilden. Ihre Entstehungsprozesse werden jedoch immer noch diskutiert. In jungen  massereichen Sternhaufen kann es viele stellar Kollisionen geben, bei denen sich IMBHs bilden können. Unter der Leitung von Forschenden am MPA hat ein internationales Team jetzt realistische Simulation von Sternhaufen präsentiert, in denen sich IMBHs durch schnelle Kollisionen von Sternen und leichteren Schwarzen Löchern gebildet haben. Die Studie sagt auch einen Entstehungsmechanismus in einem Massenbereich voraus, der in Sternentstehungsmodellen nicht vorgesehen ist. Gerade in dieser Massenlücke wurde von der LIGO/Virgo Gravitationswellenkollaboration eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern nachgewiesen.  mehr

Wo sind die Baryonen, die Grundbausteine aller Elemente im Periodensystem? Diese Frage stellt sich, da die vorhergesagte Häufigkeit von Baryonen im Universum nicht mit Beobachtungen des intergalaktischen Mediums übereinstimmt. Die Suche nach den fehlenden Baryonen wird uns nicht nur helfen, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen, sondern auch mögliche Erweiterungen des derzeitigen Standardmodells der Kosmologie besser einzugrenzen. MPA-Forscher haben einen neuen Ansatz bei der Modellierung der Galaxienverteilung verwendet, um die Messungen des kinematischen Sunyaev-Zel'dovich-Effekts zu optimieren. Dieses Werkzeug könnte in Zukunft verstärkt eingesetzt werden, um die Verteilung der Baryonen in Galaxienhaufen zu untersuchen. mehr

Wie kann uns maschinelles Lernen helfen, das komplexe kosmische Netz zu verstehen? Astrophysiker präsentieren in einer neuen Studie nun ein 'Deep Learning'-Modell, um Licht in die Physik der Entstehung von Halos aus dunkler Materie zu bringen. Die Ergebnisse zeigen, dass sphärisch gemittelte Anfangsbedingungen des Universums die wichtigsten Informationen über die endgültige Masse der Halos bereits enthalten. mehr

Radioteleskope vermessen den Himmel auf sehr indirekte Weise. Radiobilder des Himmels müssen durch aufwändige algorithmische Verfahren errechnet werden. Wissenschaftler am MPI für Astrophysik haben für diese Rechenschritte eine Reihe von signifikanten Verbesserungen entwickelt, die die Sehschärfe der Teleskope deutlich erhöhen. mehr