Highlights 2016

Eine komplexe Vorhersage wie eine Wahlprognose oder der Wetterbericht muss für ihre Kommunikation oft vereinfacht werden. Doch wie soll diese Vereinfachung am besten vorgenommen werden, ohne dass es am Ende peinlich wird? Auch in der astronomischen Datenanalyse sind Wissenschaftler mit dem Problem konfrontiert Wahrscheinlichkeiten vereinfachen zu müssen. Zwei Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik zeigen nun, dass es nur einen einzigen mathematisch einwandfreien Maßstab für die Peinlichkeit von vereinfachten Vorhersagen gibt. Demnach sollte man so vereinfachen, dass dem Empfänger einer Vorhersage lediglich ein Minimum an Information vorenthalten wird. mehr

Das diffuse Gas um Galaxien ist schwer nachzuweisen, seine Eigenschaften weichen aber von dem Gas innerhalb einer Galaxie, in der Sterne entstehen, deutlich ab. Wissenschaftler an MPA haben Beobachtungen der neuen MaNGA-Beobachtungkampagne benutzt, um zu untersuchen, wie das ionisierte Gas sich mit dem Abstand vom Zentrum der Galaxie ändert. Sie haben gezeigt, dass es hilfreich ist, die Spektren von mehreren Galaxien zu überlagern, um so das Gas am Rande der Galaxien zu analysieren. Wie ihre Studie zeigt, nimmt die Helligkeit des Gases ab, während seine Temperatur zunimmt, je weiter das Gas vom Zentrum der Galaxie entfernt ist. Die Unterschiede zwischen dem Stern-bildenden Gas in und dem Gas rund um eine Galaxie scheinen auch mit der Sternentstehungsrate und der Sternmasse zu korrelieren. mehr

Die Sternscheiben nahe gelegener Spiralgalaxien sind in der Regel nicht flach und zeigen oft Wellen und Wölbungen. Auch unsere eigene galaktische Scheibe scheint gewellt zu sein. Es ist immer noch unklar, wodurch diese Strukturen entstehen. Ein Forscherteam am MPA, zusammen mit Mitarbeitern an anderen Instituten, untersuchte diese Fragestellung nun durch die Analyse von neuen Simulationen, wie sich Spiralgalaxien bilden. Wie ihre Studie zeigt, sind nahe Begegnungen mit Satellitengalaxien und der Vorbeiflug weiter entfernter, massereicher Begleiter die häufigsten Ursachen. In einigen Fällen, können die Krümmungsmuster in den Scheiben auch durch die Akkretion von kaltem Gas angetrieben werden. Die vertikalen Geschwindigkeiten, die durch diese Muster erzeugt werden, können bis zu 60 km/s erreichen. Derartige Störungen sollten damit in den Geschwindigkeitsfeldern von Galaxien, die in Aufsicht beobachtet werden, leicht nachweisbar sein. Dies eröffnet einen neuen Zugang, die Struktur galaktischer Sternscheiben zu untersuchen, und ermöglicht es uns zu verstehen, wie und wie oft solche Wellenmuster im nahen Universum entstehen. mehr

Beobachtungen werden mittlerweile empfindlich genug, um die äußeren Bereiche von Galaxienhaufen untersuchen zu können, in denen die Theorie interessante Erscheinungen für die Profile von dunkler Materie und Gas vorhersagt: das so-genannte Zurückplatschen und den Akkretionsschock. Wissenschaftler am MPA verwenden ein analytisches Modell, um die Lage dieser Erscheinungen zu berechnen und ein neues Licht auf die zugrunde liegende Physik zu werfen. mehr

Von Röntgen- und SZ-Beobachtungen kennen wir alle wichtigen Eigenschaften des heißen Gases in Galaxienhaufen (engl. ICM), das deren gesamtes Volumen ausfüllt. Allerdings sind einige wichtige Eigenschaften noch wenig bekannt, einschließlich der Wärmeleitung im ICM, die durch Elektronen vermittelt wird. Um den steilen Temperaturgradienten in Galaxienhaufen zu erklären, wird oft vorgeschlagen, dass die Wärmeleitung durch das Magnetfeld unterdrückt wird und zwar sowohl durch die Topologie der Magnetfeldlinien, die dazu führen, dass sich Elektronenbahnen verheddern, als auch durch Schwankungen der Feldstärke, die Elektronen einfangen können. Diese können insbesondere im Fall von sogenannten Spiegel-Instabilitäten von entscheidender Bedeutung sein: diese kinetische Instabilität wird durch Druck-Anisotropien in turbulentem Plasma ausgelöst. Auch wenn solche Schwankungen auf wahrlich mikroskopischen Skalen auftreten, können sie möglicherweise die Wärmeleitung vollständig zum Erliegen bringen. Wissenschaftler am MPA haben eine solche Möglichkeit untersucht, indem die Ergebnisse modernster Simulationen analysierten. Dabei stellten sie fest, dass die Unterdrückung der thermischen Leitfähigkeit in der Tat eher bescheiden ausfällt, um einen Faktor von ~5 im Vergleich zu nicht magnetisiertem Plasma. Der Effekt tritt zusätzlich zu anderen Unterdrückungsmechanismen auf und unabhängig davon; er hängt nur schwach von den makroskopischen Parametern des ICM ab. mehr

Mit neuen, umfassenden kosmologischen Simulationen konnten Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik zeigen, dass das erwartete Signal des Sunyaev-Zeldovich (SZ) Effektes von Galaxienhaufen auf den kosmischen Mikrowellenhintergrund erstaunlich gut mit Beobachtungen des Planck-Satelliten übereinstimmt. Allerdings kann nur ein kleiner Bruchteil dieses vorhergesagten Signals derzeit beobachtet werden. Die Wissenschaftler entwickelten ein einfaches analytisches Modell um die SZ-Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion zu verstehen; dies ist auch bei der Interpretation der beobachteten Verteilung der Massen von Galaxienhaufen von Nutzen. mehr

Zwerggalaxien bilden im Vergleich zu Spiralgalaxien wie unserer Milchstraße nur sehr ineffizient neue Sterne. Um den Ursprung dieses Mangels an Sternentstehung zu untersuchen, führten Wissenschaftler am MPA hochauflösende numerische Simulationen durch, um die Entwicklung des interstellaren Mediums (ISM) in Zwerggalaxien nachzuvollziehen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Supernova-Explosionen einen erheblichen Einfluss auf die Struktur des ISM haben und die Sternentstehungsrate der gesamten Galaxie regeln. Das Gas-Reservoir für die Entstehung neuer Sterne auf Skalen vergleichbar mit den Molekülwolken in unserer Milchstraße besteht hauptsächlich aus kaltem atomaren Wasserstoff anstelle von molekularem Wasserstoff. Diese Erkenntnisse könnten auch Licht in die Geburtsprozesse der meisten anderen Galaxien bringen. Im Rahmen des aktuellen Paradigmas der hierarchischen Strukturbildung bilden Zwerggalaxien mit geringer Masse, die chemisch noch nicht entwickelt sind, die Bausteine aller, massereicher Galaxien. mehr

In der Kosmologie ist die Erforschung der Epoche der Reionisation im frühen Universum eine der großen Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte. Wissenschaftler am MPA, der Universität Oslo und dem INAF haben nun kosmologische, hydrodynamische Strahlungstransportsimulationen eingesetzt um besser zu verstehen, wie sich die komplexe Verteilung des neutralen Gases im intergalaktischen Medium auf entfernte Galaxien auswirkt. Aus der Kombination der Simulationen mit Beobachtungen von sogenannten „Lyman-Alpha emittierenden Galaxien“ finden sie, dass die aktuellen Messungen trotz gewisser Unsicherheiten eine späte und rapide Reionisation begünstigen. Die Studie unterstreicht zudem, dass sowohl die großräumige Verteilung der ionisierten Gasregionen als auch die der kleinräumigen Strukturen des intergalaktischen Gases rund um Galaxien besser verstanden werden müssen, um robustere Einschränkungen für die Reionisations-Epoche abzuleiten. mehr

Woraus die “Dunkle Materie” besteht, ist bislang noch unbekannt. Ein potentieller Kandidat ist ein theoretisches Teilchen, das "sterile Neutrino". Zwei unabhängige Gruppen von Astronomen entdeckten 2014 eine Röntgenemissionslinie unbekannten Ursprungs bei einer Energie von 3,5 keV in den Röntgenspektren von Galaxienhaufen und im Zentrum der Andromeda-Galaxie. Die Eigenschaften dieser Emissionslinie stehen im Einklang mit vielen Vorhersagen für den Zerfall von Dunkler Materie, wenn man davon ausgeht, das Dunkle Materie aus sterilen Neutrinos besteht. Sollte diese Hypothese jedoch stimmen, müssten alle massereichen Objekte im Universum die gleiche Spektrallinie zeigen. Um diese interessante Vorhersage zu überprüfen, untersuchten Wissenschaftler am MPA und der University of Michigan Galaxien aus zwei Beobachtungskampagnen, fanden dabei aber keine Beweise für eine derartige Linie in den Spektren von Galaxien. Dies legt nahe, dass die mysteriöse 3,5 keV-Emissionslinie wohl nicht von zerfallenden sterilen Neutrinos stammt. Sowohl die Natur der Dunklen Materie als auch der Ursprung dieser Emissionslinie bleiben somit weiterhin rätselhaft. mehr

Ein internationales Team von Experten aus Europa und China hat die ersten Kugelsternhaufen-Simulationen mit einer Million Sternen auf dem High-Performance Rechen-Cluster der Max Planck Computing and Data Facility durchgeführt. Diese - bis jetzt - größten und realistischsten Simulationen können nicht nur die beobachteten Eigenschaften von Sternen in Kugelsternhaufen in bisher unerreichter Genauigkeit reproduzieren, sie erlauben auch einen Blick in die dunkle Welt der Schwarzen Löcher. Die Computermodelle liefern hochwertige synthetische Daten, deren Qualität vergleichbar zu den Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble ist. Eine weitere Vorhersage ist die Ansammlung von einzelnen und binären schwarzen Löchern im Zentrum des Haufens. Das vor kurzem entdeckte Gravitationswellensignal könnte aus der Mitte eines Kugelsternhaufens stammen, in dem zwei binäre schwarze Löcher miteinander verschmolzen sind. mehr

Das Schicksal massearmer Sterne, wie unserer Sonne, ist es, ihr brennbares Material im Kern aufzubrauchen, ihre Hüllen abzustoßen und gleichzeitig einen heißen Kern, einen sogenannten Weißen Zwerg, zurückzulassen. Auf sich allein gestellt, kühlen diese Objekte langsam über Milliarden von Jahren hinweg, ab. Akkretiert ein Weißer Zwerg jedoch Material von einem stellaren Begleiter, so kann er zu einer unglaublich hellen Quelle für extreme UV- und weiche Röntgenstrahlung, einer "superweichen Röntgenquelle" (aus dem Englischen: SSS), werden. Die Strahlung einer solchen SSS wird ohne weiteres durch jegliches umgebendes interstellares Gas absorbiert, wodurch Emissionslinien-Nebel entstehen. Man würde daher erwarten, dass alle superweichen Röntgenquellen mit einem derartigen Nebel einhergehen. Allerdings wurde bei allen, in den letzten drei Jahrzehnten beobachten SSS, nur eine Quelle mit einem solchen Nebel gefunden. Offensichtlich gibt es Defizite im Verständnis dieser unglaublichen Objekte. Wissenschaftler am MPA und am Monash-Zentrum für Astrophysik haben nun das Puzzle zusammengesetzt. mehr

Die stellaren Halos von Galaxien sind diffuse und lichtschwache Komponenten, die den Wissenschaftlern einen Einblick in die Entstehungsgeschichte von Galaxien bieten. Ein Forscherteam am MPA hat nun die Eigenschaften der stellaren Halos in großen Scheibengalaxien untersucht. Dabei wurden sowohl Beobachtungen als auch modernste Simulationen der Galaxienentstehung verwendet. Die Wissenschaftler fanden eine große Vielfalt in den Eigenschaften der Halos bei Galaxien, die sich - ansonsten - in Bezug auf Morphologie, Masse und Leuchtkraft sehr ähneln. Die beobachteten Eigenschaften, wie die mittlere Metallizität als Funktion des galaktozentrischen Abstands, können durch die Simulationen reproduziert werden, vorausgesetzt sie werden in gleicher Weise analysiert, wie die Beobachtungsdaten. mehr