Aktuelle Forschungsmeldungen

Schwarze Löcher, die durch den Tod massereicher Sterne entstehen, gehören zu den exotischsten und energiereichsten Objekten im Universum. Da selbst Licht diesen Objekten nicht entkommen kann, analysieren Forschende stattdessen die vom in das schwarze Loch fallenden Gas abgegebenen quasiperiodischen Signale, aus denen sich zahlreiche Informationen über das Schwarze Loch und seine Umgebung ableiten lassen. Vermutlich entsteht das am häufigsten beobachtete quasi-periodische Signal, wenn heißes Gases um das Schwarze Loch eiert, ähnlich einem sich drehenden Kreisel. Ein Problem ist jedoch, dass die abgeleitete Größe dieser (isolierten) Korona nicht mit den aus anderen Beobachtungsgrößen abgeleiteten Schätzungen übereinstimmt. Mit unseren jüngsten, hochmodernen Computersimulationen, die eine realistischere Geometrie des Akkretionsflusses beinhalten, konnten wir zum ersten Mal zeigen, dass das Vorhandensein einer Scheibe um die Korona deren Präzession deutlich verlangsamt, wodurch sich die Spannungen zwischen diesem Modell und den Beobachtungen weitgehend auflösen. Diese Ergebnisse haben somit wichtige Auswirkungen auf die Studien der Eigenschaften Schwarzer Löcher sowie der Entstehung und Entwicklung von Systemen mit Schwarzen Löchern. mehr

Das Universum beherbergt heute ein riesiges Netz von Galaxien und eine noch größere Anzahl unsichtbarer Strukturen aus dunkler Materie. Doch das war nicht immer so. Als das Universum etwa 100 Millionen Jahren alt war, verdichteten sich die ersten kosmischen Strukturen aufgrund der Gravitation in einem bis dahin nahezu homogenen Universum. Diese Objekte bestanden nur aus dunkler Materie und waren möglicherweise nicht schwerer als die Erde. Die meisten dieser Objekte bleiben nicht lange bestehen: Sie wachsen schnell und schließen sich zu den viel größeren Systemen zusammen, die wir heute kennen. Trotzdem haben Wissenschaftler am MPA in hochauflösenden Simulationen entdeckt, dass einige einzigartige Merkmale der ersten Strukturen diesen Prozess überleben. Die damit verbleibenden Spuren könnten sich in astronomischen Beobachtungen manifestieren und Hinweise auf die Identität der dunklen Materie liefern. mehr

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass große Massenkonzentrationen – beispielsweise eine Galaxie – Lichtstrahlen ablenken, die in der Nähe vorbeiziehen. Dieses Phänomen wird Gravitationslinseneffekt genannt. Wenn sich eine weit entfernte Galaxie (die Linse) genau zwischen uns und einem noch weiter entfernten Objekt (der Quelle) befindet, wird die Quelle verzerrt und vergrößert. Dabei entstehen mehrere Bilder der Quelle um die Linsengalaxie. Eine Gruppe am MPA und anderen Instituten hat mit Hilfe der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) im Radiobereich ein Gravitationslinsensystem in hoher Auflösung untersucht. Dies offenbart kleinste Details in den gelinsten Bildern und bietet einen neuen Einblick in die Physik der Linsengalaxien. mehr

Alle Sterne in Galaxien entstehen im dichten Gas des Interstellaren Mediums (ISM). Die ionisierende Strahlung neugeborener massereicher Sterne lässt das Gas bei charakteristischen Wellenlängen bestimmter Atome und Ionen leuchten. Die beobachteten relativen Flüsse dieser Linienemission enthalten wichtige Informationen über den Zustand und die Zusammensetzung des ISM. Die Emission von diffusem ionisiertem Gas hat allerdings unterschiedliche relative Flüsse, was genaue Vorhersagen erschwert. Forschende am MPA und internationale KollegInnen haben jetzt mit Hilfe von Supercomputern ein realistisches sternbildendes ISM simuliert, um den Einfluss des diffusen Gases zu bestimmen. Die Ergebnisse erlauben eine genauere Interpretation der Beobachtungen auch zu frühen kosmischen Zeiten, bei denen das ISM dichter ist als im lokalen Universum.  mehr

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Systeme in unserem Universum; sie erstrecken sich über mehrere Millionen Lichtjahre und umfassen bis zu 1000 Galaxien. Die Materie, die die Galaxienhaufen durchdringt, wird als "Intracluster-Medium" (ICM) bezeichnet, ein sehr heißes und ionisiertes Gas (T~ 10-100 Millionen K), das aufgrund von thermischer Bremsstrahlung helle Röntgenstrahlen aussendet. Wissenschaftler des MPA und der Universität Heidelberg haben herausgefunden, dass das ICM auch eine beträchtliche Menge an kühlem Gas (10.000 K) enthält und zwar bis in große Entfernungen. Der statistische Zusammenhang zwischen den Halos von Galaxienhaufen und den Absorptionsmerkmalen deutet auf einen komplexen Ursprung dieses kühlen Gases hin, bei dem die Gaswolken entweder mit Satellitengalaxien assoziiert sind oder zuvor aus ihren Halos gerissen wurden. mehr

Galaxien sind von großen Gasreservoirs umgeben - hauptsächlich Wasserstoff und Helium. Das Wasserstoffgas leuchtet schwach in einer bestimmten ultravioletten Wellenlänge - oder Farbe - namens Lyman-alpha. Wissenschaftler am MPA haben entdeckt, dass diese Lyman-alpha Halos größer sind als bisher angenommen und mehrere 100.000 Lichtjahre umfassen. Die ermittelte Größe und Form der Halos weist darauf hin, dass das Licht im äußeren Bereich der Halos eher von anderen umgebenden Galaxien oder dem umgebenden Gas stammt als von der zentralen Galaxie selbst.
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Massereiche Sterne befinden sich oft in Mehrfachsternsystemen, daher ist zu erwarten, dass
Verschmelzungen ihrer Endstadien, der Neutronensterne oder Schwarzen Löcher, erheblich als
Quellen zu Gravitationswellen beitragen. Ein Team am MPA hat nun die Entwicklung von Millionen
Vierfachsternsystemen untersucht und abgeschätzt, dass ein erheblicher Teil der von LIGO
nachgewiesenen Verschmelzungen von zwei Schwarzen Löchern aus solchen
Mehrfachsternsystemen und nicht aus einfachen Doppelsternsystemen stammt. mehr

Verschiedene Messungen der Hubble-Konstante, einem Maß für die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums, ergeben abweichende Werte. Diese Differenz, auch bekannt als „Hubble Tension“, könnte ein Hinweis auf physikalische Effekte sein, die über das Standardmodell der Kosmologie hinausgehen. Mithilfe einer komplementären Methode aus der Statistik haben Wissenschaftler am MPA mögliche neue Physik in Form eines neuen Bestandteils im frühen Universum eingegrenzt: sogenannte frühe dunkle Energie. mehr

Zwei Arten von heißen, blauen und dichten Sternen, die in ihrer Zusammensetzung und ihren Schwingungen besondere Merkmale aufweisen, stellen Astrophysiker seit mehr als zehn Jahren vor ein Rätsel. Einem Team von Wissenschaftlern des MPA und der argentinischen Universität La Plata ist es nun gelungen, beide Typen als Produkt sehr ähnlicher Stern-Fusionen zu erklären. Insbesondere vermuten die Wissenschaftler, dass die eigentümlichen heißen und blauen Sterne durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge entstanden sind. mehr

Im Jahr 2020 fanden Wissenschaftler in Polarisationsdaten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die der Planck-Satellit bei hohen Frequenzen gesammelt hatte, einen verlockenden Hinweis auf eine neue Physik, die die „Paritätssymmetrie“ verletzt. Auf der Grundlage der Planck-Daten und einer vereinfachten Annahme, wie sich die polarisierte Staubemission in der Milchstraße auswirkt, betrug das Konfidenzniveau 99,2 % dafür, dass eine Verletzung der Symmetrie physikalischer Gesetze bei einer Umkehrung der Raumkoordinaten vorlag. Ein internationales Team unter der Leitung von MPA-Direktor Eiichiro Komatsu hat nun die Analysemethode verbessert. Durch die explizite Berücksichtigung der Staubemission und die Verwendung weiterer Daten nicht nur von Planck, sondern auch von WMAP haben die Astrophysiker das paritätsverletzende Signal mit 99,987%iger Sicherheit gemessen. Sollte sich dies in Zukunft als echtes kosmologisches Signal bestätigen, hätte dies tiefgreifende Auswirkungen auf die fundamentale Physik hinter dunkler Materie, dunkler Energie und Quantengravitation. mehr

Bereits in der Frühzeit des Universums scheinen supermassereiche schwarze Löcher mit Milliarden der Masse unserer Sonne in den Zentren massereicher Galaxien zu residieren. Wenn interstellares Gas in ihrem mächtigen Gravitationsfeld beschleunigt wird, sendet es große Mengen an Strahlung aus; „Quasare“ überstrahlen die gesamte Galaxie. Jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass die ersten Quasare oft von hellen, riesigen Nebeln umgeben sind. Diese können sich über mehrere 100.000 Lichtjahre erstrecken und sind damit etwa zehnmal so groß wie ihre Wirtsgalaxie. Neue detaillierte Computersimulationen zur Entwicklung von Galaxien, die am MPA durchgeführt wurden, werfen ein neues Licht auf diese rätselhaften Beobachtungen und können sie in verblüffender Detailtreue reproduzieren. Nach diesen neuen theoretischen Modellen lassen sich die beobachteten ausgedehnten Nebel durch Quasarlicht erklären, das von kühlen neutralen Wasserstoffwolken reflektiert wird, die die Wirtsgalaxie des Quasars umgeben. Dieser Mechanismus funktioniert aber nur dann, wenn die vom Quasar gelieferte Energie gigantische galaktische Winde erzeugt, die große Gasmassen aus ihrer unmittelbaren Umgebung herausblasen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Quasare die Galaxienentwicklung seit den frühesten Stadien der Galaxienbildung beeinflussen. mehr

Sind die Ausrichtungen der Galaxien zufällig im Kosmos verteilt? Diese scheinbar einfache Frage könnte nicht nur unser Verständnis der Entstehung von Galaxien und Galaxienhaufen voranbringen, sondern auch unser Wissen über kosmologische Modelle erweitern. MPA-Wissenschaftler versuchen mit internationalen Kollegen durch die erste direkte, feldbasierte Messung zu klären, ob und wie sich massereiche rote elliptische Galaxien an dem Gezeitenfeld der großräumigen Strukturen ausrichten. Ihr Ergebnis bestätigt die Vorhersagen des (linearen) Ausrichtungsmodells der intrinsischen Ausrichtung von Galaxien. Die von ihnen vorgestellte neue Methode eröffnet auch neue Wege für die Kosmologie und Astrophysik. mehr