Highlights 2017

Bei Beobachtungen an Galaxienhaufen haben Astronomen unter Mitwirkung des MPA eine neue Klasse von kosmischen Radioquellen aufgespürt. Mit dem digitalen Radioteleskop Low Frequency Array (LOFAR) empfingen sie die längsten Radiowellen, die auf der Erde gemessen werden können, und sahen in der Radiostrahlung einen ungewöhnlichen „Schweif“ hinter einer Galaxie, der nach seinem Erblassen erneut mit Energie versorgt worden sein muss. In dem Fachmagazin Science Advances beschreibt das Team seine Entdeckung, die entweder eine theoretische Vorhersage zur Interaktion von Stoßwellen mit Radioplasma bestätigt oder ein neuartiges Phänomen darstellt. mehr

Ein Team von Astrophysikern von der Queen's University Belfast, dem Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) und der Monash University (Australien) hat zum ersten Mal dreidimensionale Computersimulationen vom Ende eines massereichen Sterns durchgeführt, die dessen Entwicklung von seiner letzten Phase des nuklearen Brennens, über den Kollaps seines eisernen Kerns bis zu den ersten Sekunden der einsetzenden Explosion als Supernova nachverfolgen. Mit Beginn des Kollapses wirbeln heftige, großskalige Konvektionsströmungen die Schale des Sterns auf, in der noch Sauerstoffbrennen stattfindet. Die Simulationen zeigen, dass diese Konvektion die Explosion des Sterns entscheidend unterstützen kann. mehr

Typ Ia Supernovae (SNe Ia) sind spektakuläre Explosionen weißer Zwergsterne und spielen eine wesentliche Rolle in der Astrophysik – sowohl allgemein als auch insbesondere in der Kosmologie. Dennoch sind in Bezug auf die Natur und die physikalischen Mechanismen in SNe Ia noch viele Fragen offen. Automatisierte Himmelsdurchmusterungen werden im Laufe der nächsten Jahre eine beispiellose Zahl an Supernovae des Typs Ia liefern, die kurz nach der Explosion entdeckt werden. Forscher am MPA untersuchten nun, ob unterschiedliche Explosionsmodelle in solch frühen Beobachtungen eindeutige Spuren hinterlassen. Diese könnten dann in zukünftigen Beobachtungsprogrammen genutzt werden, um Licht auf die Vorläufer und den Explosionsmechanismus von SNe Ia zu werfen. mehr

Das Zentrum der Milchstraße ist ein ganz besonderer Ort, der viele exotische Objekte beherbergt, wie das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* und riesige molekulare Wolken. Einige dieser Wolken sind trotz ihrer extremen Kälte Quellen von energiereichen Photonen. Man geht davon aus, dass die Wolken diese Photonen nicht selbst produzieren sondern Röntgenstrahlung von einer externen Quelle streuen. Obwohl Sgr A* derzeit nur schwach im Röntgenlicht strahlt, gilt es als Hauptverursacher dieser Strahlung, da es in den letzten hundert Jahren einige kurze, aber intensive Ausbrüche – sogenannte „Flares“ – zeigte. Durch die Zeitverzögerung, die durch die Lichtausbreitung von Sgr A* zu den Wolken und dann zu uns entsteht, können die Wissenschaftler die Vergangenheit von Sgr A* untersuchen. Gleichzeitig dienen diese Flares als extrem leistungsfähige Sonden für die Eigenschaften des molekularen Gases. So kann insbesondere die komplette 3D-Struktur der molekularen Wolken und deren Dichteverteilung auf kleinen Skalen rekonstruiert werden. mehr

Mit Hilfe dreidimensionaler, allgemein-relativistischer, magneto-hydrodynamischer Simulationen untersuchten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) dicke Akkretionsscheiben, die um schwarze Löcher kreisen. Sie fanden heraus, dass schwache Magnetfelder die Entwicklung von großräumigen Verdichtungen im Akkretionsfluss unterdrücken können. Einsetzende magnetische Turbulenz verändert die Struktur der Akkretionsscheibe und könnte sogar die Stärke des Gravitationswellensignals, das von einem Akkretions-Torus ohne Magnetfeld erzeugt wird, erheblich reduzieren. mehr

In den Magnetfeldern der Milchstraße rotieren fast lichtschnelle Elektronen und strahlen dabei Radiowellen ab. Als Konsequenz sollte auch die Radiostrahlung ein wenig „rotieren“, d.h. die Strahlung ist zirkular polarisiert. Diese äußerst schwache Zirkular-Polarisation der Milchstraße ist jedoch noch nie beobachtet worden. Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik und Kollegen haben nun Eigenschaften dieser Polarisation prognostiziert und einen „Steckbrief“ erstellt, mit dem gezielt nach ihr gefahndet werden kann. Die Vermessung der Zirkular-Polarisation würde wichtige Einsichten in die Struktur galaktischer Magnetfelder liefern und bestätigen, dass Elektronen und nicht Positronen die Quelle der Radiostrahlung der Milchstraße sind. mehr

Nur ein kleiner Bruchteil der Sterne in unserer Milchstraße ist erheblich massereicher als unsere Sonne und explodiert als Supernova vom Typ II am Ende seiner Lebenszeit. Dennoch beeinflussen diese massereichen Sterne das umgebende interstellare Medium (ISM) erheblich stärker, als es ihre geringe Anzahl vermuten ließe, sowohl durch ihre intensive Strahlung und mächtigen Winde (,,Vor-Supernova-Feedback”) als auch durch ihre gewaltigen Supernova-Explosionen (,,Supernova-Feedback”). Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astrophysik benutzen im Rahmen der SILCC-Kollaboration Simulationen auf Großrechnern, um im Detail den Einfluss dieser verschiedenen Rückkopplungs-Prozesse auf das ISM in Sonnennähe zu untersuchen. Ionisierende Strahlung junger, massereicher Sterne dominiert den Energieausstoß und kann die Energie, welche während einer Supernova-Explosion freigesetzt wird, um eine Größenordnung übersteigen. Nur wenn die Simulation Strahlungsrückkopplung und den Impulseintrag von Sternwinden enthält, sind die Ergebnisse konsistent mit Beobachtungen des ISM, und die Sternentstehungsrate geht zurück. mehr

Unser Planet Erde und das Sonnensystem sind in die Milchstraße eingebettet wir sehen durch diese Galaxie, wenn wir das Universum beobachten. Es zeigt sich, dass dies einen größeren Einfluss auf astrophysikalische Studien hat, als bisher angenommen. Das Gravitationsfeld der Galaxis und seine Ungleichförmigkeit begrenzen die Genauigkeit astrometrischer Beobachtungen von entfernten - extragalaktischen - Objekten. Eine internationale Gruppe von Astrophysikern, darunter ein Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik, versuchte nun herauszufinden, wie stark dieser Effekt ist. mehr

Im kosmologischen Standardmodell macht die dunkle Materie etwa 25% des gesamten Energiebudgets des Universums aus. Sie kann aber nicht direkt beobachtet werden, da sie kein Licht emittiert. Dabei ist das Verständnis der Art und Weise, wie dunkle Materie Strukturen formt und Haufen bildet, von entscheidender Bedeutung. Es trägt nicht nur zu unserem Verständnis der beobachteten räumlichen Verteilung der Galaxien bei (die der Verteilung der dunklen Materie folgt), sondern erlaubt uns Rückschlüsse auf die winzigen anfänglichen Dichtefluktuationen im frühen Universum, aus denen sich die Struktur gebildet hat. In diesem Zusammenhang haben Forscher am MPA und anderen Institutionen weltweit eine neue Art von Simulationen entwickelt, die sogenannten Simulationen von "unabhängigen Universen", um die Auswirkungen von großskaligen (oder langwelligen) Dichtefluktuationen auf die Strukturen zu untersuchen, die zu späten Zeiten beobachtet werden. Mit dieser Technik haben die MPA-Forscher vor kurzem einige der präzisesten Messungen des sogenannten lokalen Bias erzielt, welche den bereits bekannten Trend bestätigen, dass massereichere Halos einem stärkeren Bias unterliegen als kleinere Halos. mehr

In Zusammenarbeit mit Forschern aus den USA haben MPA-Wissenschaftler eine Reihe von ehrgeizigen Experimenten durchgeführt, die Spektren von Quasar-Absorptionslinien, Linien des neutralen Wasserstoffs sowie kosmologische, hydrodynamische Simulationen kombinieren, um die Zone zwischen Galaxien und dem sie umgebenden Gas zu untersuchen. Sie stellten fest, dass Galaxien mit gasreichen Scheiben in gasreiche Halos eingebettet sind und dass das Gas ziemlich glatt und relativ isotrop verteilt ist. mehr

Warum sich das Universum derzeit beschleunigt ausdehnt, bleibt eines der großen ungelösten Rätsel der Physik. Während dies ein Hinweis auf die geheimnisvolle "Dunkle Energie" sein könnte, sehen andere in dieser rätselhaften Beobachtung einen möglichen Hinweis auf die Unzulänglichkeit der Einstein’schen Allgemeinen Relativitätstheorie, das Gesetz der Schwerkraft auf sehr großen, kosmologischen Skalen zu beschreiben. Diese Hypothese zu testen, deren Zutreffen erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis der Grundlagenphysik haben würde, erfordert spezielle Studien, wie sie derzeit von Forschern am MPA und MPE durchgeführt werden. Hierzu schufen die Autoren simulierte Universen mit alternativen Beschreibungen der Schwerkraft, um damit zu testen, inwieweit die gegenwärtigen Beobachtungsmethoden, mit denen man die Rate des Strukturwachstums im Universum bestimmt, ihre Gültigkeit behalten. Damit konnten sie den Spielraum einschränken, in dem das Universum aufgrund der aktuellen Daten von Einsteins Vorhersage abweichen könnte. Die gegenwärtigen Beobachtungsmethoden zeigen keine Anzeichen für einen systematischen Fehler, wenn sie mit den simulierten Universen mit modifizierter Schwerkraft getestet werden – ein beruhigendes Ergebnis. mehr

Warum sehen Galaxien in riesigen “Galaxienhaufen”-Strukturen anders aus als typische, isolierte Galaxien wie zum Beispiel unsere Milchstraße? Um diese Frage zu beantworten, erstellte ein internationales Astronomenteam unter Leitung des MPA die “Hydrangea” Simulationen, 24 hochaufgelöste kosmologisch-hydrodynamische Computersimulationen großer Galaxienhaufen. Insgesamt beherbergen diese über 20.000 Galaxien in einer für solch große Simulationen bisher unerreichten Detailtreue. Astrophysikern steht damit nun ein vielversprechendes Werkzeug zur Verfügung, um die Entstehung von Galaxien in einer der extremsten Umgebungen zu verstehen, die das Universum bereithält.  mehr