Biermann-Vorlesungen 2024: Am späten Vormittag im Kosmos - Galaxien und intergalaktische Materie

Mit Charles (Chuck) Steidel, California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, Kalifornien

Mehrere hundert Millionen Jahre nach dem Urknall hatte sich das Universum soweit abgekühlt, dass in den ersten Galaxien Sterne entstehen konnten. Als sich das Universum weiter ausdehnte und die Galaxien rasch wuchsen, reichte die von den jungen Sternen erzeugte Strahlung schließlich aus, um fast den gesamten Wasserstoff außerhalb der Galaxien zu ionisieren - ein Meilenstein, der als "Reionisation" bezeichnet wird.  Die darauf folgende Zeitspanne - als das Universum zwischen 1 und 3 Milliarden Jahre alt war - erlebte die intensivste Periode des Galaxienwachstums in der Geschichte des Universums. Sie fand ihren Höhepunkt in der so genannten "kosmischen Mittagszeit", an deren Ende sich viele der Merkmale eines reifen Universums entwickelt hatten. Da diese Phase des Erwachsenwerdens nach der Reioinisierung stattfand, haben wir (wohl) den breitesten Beobachtungszugang mit dem größten dynamischen Bereich zum physikalischen Zustand sowohl der sich bildenden Galaxien als auch des dominierenden Reservoirs an diffusem Gas außerhalb der Galaxien, das die netzartige großräumige Struktur des Universums nachzeichnet.

In den diesjährigen Biermann-Vorlesungen wird Chuck Steidel vom Caltech erörtern, was wir auf der Grundlage von Beobachtungen des heranwachsenden Universums über das Universum der Galaxien und die Materie dazwischen gelernt haben - und was wir noch nicht verstehen.  Er wird erörtern, wie sich das Gesamtbild der Galaxienentstehung in den letzten Jahrzehnten entwickelt hat, und zwar sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus soziologischer Sicht, und was diese Veränderungen bewirkt hat. Er wird auch erörtern, wie die ersten zwei Jahre an Daten vom James Webb Space Telescope (JWST) das sich abzeichnende Bild von einer noch früheren Phase der Galaxienbildung verändert haben.  Schließlich wird er versuchen, das aktuelle Bild der "Epoche der Galaxienentstehung" zusammenzufassen, wobei er den Schwerpunkt auf noch ungelöste Probleme legen wird.

Steidels Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Beobachtung der Entstehung und Entwicklung von Galaxien und des sie umgebenden intergalaktischen und zirkumgalaktischen Mediums sowie auf die Entwicklung von Methoden und Instrumenten, die erforderlich sind, um in diesen Bereichen mit großen bodengestützten Teleskopen Fortschritte zu erzielen. Während die großräumige Struktur des Universums in erster Linie von der dunklen Materie bestimmt wird - deren Entwicklung wir dank großer numerischer Simulationen wie Millennium oder Illustris recht gut verstehen - stellt das Verhalten der normalen, baryonischen Materie, die in diese dunkle Materiestruktur eingebettet ist, immer noch eine Herausforderung dar, da die baryonischen Prozesse sehr komplex sind.

Steidel hat bedeutende Beiträge zur Astrophysik geleistet. Anfang der 1990er Jahre entwickelten Steidel und seine Mitarbeiter die "Lyman-Break"-Abbildungstechnik zur Isolierung von Galaxienpopulationen in bestimmten Rotverschiebungsintervallen bei hohen Rotverschiebungen; seit 1995 führt seine Gruppe mit den Keck-Teleskopen auf Hawaii empfindliche spektroskopische Durchmusterungen ferner Galaxien und ihrer gasförmigen Umgebung durch, wobei sie sich auf das heranwachsende Universum bei Rotverschiebungen z=2-4 konzentrieren. Ihre Pionierarbeit hat in den letzten 30 Jahren wichtige wissenschaftliche Anregungen für semi-analytische Modelle und kosmologische hydrodynamische Simulationen der Galaxienentstehung am MPA geliefert.

Steidel war auch an der Entwicklung von hochmodernen Instrumenten für aktuelle und zukünftige Observatorien beteiligt, als leitender Forscher von drei Instrumenten für die Keck 10m-Teleskope, von denen zwei bereits ausgeliefert wurden (LRIS-B, ein UV/Blau-optimierter Multi-Objekt-Spektrograph, und MOSFIRE, ein Nah-IR-Multi-Objekt-Spektrometer, das für schwache Objekte optimiert ist) und ein weiteres derzeit entwickelt wird (LRIS-2).  Steidel ist seit 1998 stark in das Dreißig-Meter-Teleskop-Projekt (TMT) involviert. Er ist Vorsitzender oder Ko-Vorsitzender des TMT-Wissenschaftsbeirats seit dessen Gründung und leitet die Konstruktion und Entwicklung eines der ersten leichten TMT-Wissenschaftsinstrumente (WFOS).

Chuck Steidel ist Lee A. DuBridge Professor für Astronomie am Caltech, wo er seit 1995 zu den Faculty Members gehört. Er erhielt seinen Bachelor-Abschluss in Princeton (1984), promovierte am Caltech (1990) und war von 1990-93 Hubble Fellow an der U.C. Berkeley. Er wurde 2006 in die U.S. National Academy of Sciences gewählt und erhielt zahlreiche Auszeichnungen, darunter den Muhlmann-Preis der Astronomical Society of the Pacific (für Instrumentierung; 2016), den Gruber Cosmology Prize (2010), ein MacArthur Fellowship (2002) und den AAS Warner Prize (1997). Er erhielt außerdem Packard (1997-2002) und Sloan (1994-96) Foundation Fellowships.

 

Titel: Galaxies and Intergalactic Matter at Cosmic “Late Morning”

Alle Vorlesungen finden im Großen Seminarraum E.0.11 des MPA statt. 15 Minuten vor Beginn der Vorlesung gibt es Tee, Kaffee und Kekse.

 

Mittwoch, 19. Juni, 15:30

The Evolving “Big Picture” of Galaxy Formation: a Scientific (and Sociological) Retrospective

 

Mittwoch, 26. Juni, 15:30

Reconciling Observations of Stars and Gas, Emission and Absorption, in the Adolescent Universe

 

Mittwoch, 3. Juli, 15:30

Q:  Is Galaxy Formation “Solved”? Discuss.