In den Zentren von riesigen elliptischen Galaxien verstecken sich supermassereiche schwarze Löcher (SMBHs), zugleich „fehlt“ Licht in den Kernen dieser Galaxien. Ein Forscherteam der Universität von Helsinki und der astronomischen Max-Planck Institute in Garching haben den Ursprung des „fehlenden Lichts“ mit einer neu entwickelten Simulationsmethode und realistischen Galaxienmodellen untersucht. Wenn zwei elliptische Riesengalaxien und deren stellare Kerne incl. SMBHs miteinander verschmelzen, werden viele Sterne aus der zentralen Region herausgeschleudert.

Gravitationslinsen bieten die Möglichkeit, schwache, weit entfernte Galaxien zu untersuchen. MPA-Forscher haben nun die erste dreidimensionale Methode zur Linsenmodellierung entwickelt, die nicht nur die Rekonstruktion der Massenverteilung der Vordergrundgalaxie, sondern auch die der Kinematik der Hintergrundgalaxie ermöglicht. Somit kann der Materiegehalt nun auch in jungen Galaxien untersucht werden.

Sauerstoff ist nach Wasserstoff und Helium das häufigste Element im Universum. Der Ursprung der hoch angeregten Zustände von Sauerstoff im circum-galaktischen Medium (CGM) um Galaxien herum ist nur schwer zu verstehen, und bisherige theoretische Modelle konnten die Messungen aus Beobachtungsbedingungen nur schlecht wiedergeben. Mit kosmologischen Simulationen im Rahmen des IllustrisTNG-Projektes zeigen Forscher des MPA, wie das Feedback von Supernovae und supermassereichen Schwarzen Löchern den Gehalt an schweren Elementen im CGM beeinflussen und mit Daten aus dem nahen Universum in Einklang bringen kann.

Quantenschwankungen im sehr frühen Universum führen zu Anisotropien im kosmischen Mikrowellenhintergrund und stellen die Keimzellen dar für die kosmischen Strukturen von heute. Außerdem entstehen durch diese Schwankungen primoridale Gravitationswellen, die schwach von einer Gaußverteilung abweichen. Allerdings können die urzeitlichen Gravitationswellen auch von anderen Quellen erzeugt werden. Wissenschaftler am MPA haben kürzlich gezeigt, dass die Abweichung von einer Gauß-Verteilung, die „Schiefe“, ein wichtiger Test für den Ursprung der primordialen Gravitationswellen sein kann.

Frühere Studien mit vielen Galaxien sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Rotverschiebungen, die einen aktiven galaktischen Kern aufweisen, schienen Galaxien-Verschmelzungen als Grund für das Wachstum von Schwarzen Löchern auszuschließen. Eine am MPA entwickelte neue Methode zur Auswahl eines seltenen Typs von aktiven galaktischen Kernen zeigt nun, dass es möglich ist, eine neue Klasse von AGN zu identifizieren, in der sich mehr als 80% der Galaxien als verschmelzende oder interagierende Systeme erweisen - mit klaren Anzeichen für ein wachsendes Schwarzes Loch. Eine detaillierte statistische Analyse zeigt außerdem, dass Verschmelzungen die Bildung von Schwarzen Löchern in den massereichsten Galaxien des lokalen Universums vorantreiben.

In den ersten Sekundenbruchteilen unseres Universums wurden nicht nur Elementarteilchen und Strahlung sondern auch Magnetfelder erzeugt. Ein Forscherteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik hat nun für das lokale Universum berechnet, wie diese Magnetfelder heute aussehen sollten – mit hoher Detailschärfe und in 3D. Somit wurde erstmalig die Struktur und Morphologie des primordialen Magnetfeldes in unser kosmischen Nachbarschaft vorhergesagt. Dieses ist unfassbar schwach; die Vorhersage könnte allerdings helfen die Herausforderung seiner Messung zu meistern.

Astrophysiker aus Heidelberg, Garching und den USA haben neue Erkenntnisse zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien erzielt. Sie berechneten den Einfluss schwarzer Löcher auf die Verteilung der Dunklen Materie, die Produktion und Verbreitung schwerer Elemente im Kosmos und den Ursprung der Magnetfelder. Dazu programmierten sie ein neues Simulationsmodell für das Universum und erstellten die bisher umfangreichsten Simulationen dieser Art.