Aktuelle Forschungsmeldungen

Immer mehr Schwarze Löcher werden gefunden, die einen hellen, massereichen Begleitstern umkreisen. Die Zukunft dieser Systeme birgt ein grundlegendes Rätsel: Was passiert, wenn sich der Begleitstern ausdehnt und beginnt, Masse an das Schwarze Loch zu verlieren? Bleibt die Wechselwirkung stabil oder stürzt das Schwarze Loch in den Stern und zerstört ihn von innen heraus? Mithilfe modernster Computermodelle hat ein Team unter der Leitung des MPA eine überraschend einfache Regel identifiziert: Die Wechselwirkung ist stabil, solange der Abstand zwischen dem Schwarzen Loch und dem Stern größer als etwa das Zehnfache des Sonnenradius ist. Dieser neu gefundene Grenzwert für den Abstand wird eine Schlüsselrolle dabei spielen, zu bestimmen, welche Systeme überleben und zu Quellen für Gravitationswellen werden. Er wird auch dazu beitragen, die wachsende Zahl von LIGO/Virgo/Kagra-Detektionen zu interpretieren. Doppelsterne, die nicht stabil bleiben, sind jedoch nicht weniger bemerkenswert. Solche Verschmelzungen von Schwarzen Löchern und Sternen könnten die Ursache für leuchtende, schnelle, blaue optische Transienten sein. Damit ließe sich eine Verbindung zwischen diesen seltenen und gewaltigen Explosionen und den dramatischen Endstadien der Doppelsternentwicklung herstellen. mehr

Der Raum um Galaxien leuchtet im Teleskop zwar nicht hell, ist aber mit Gasen unterschiedlicher Temperatur gefüllt. Die Temperaturen reichen von Plasma mit einer Million Grad Celsius bis hin zu viel kälteren, winzigen Wolken, wie sie auch auf der Erde zu finden sind. Um zu erklären, wie Galaxien wachsen, Sterne bilden und sich entwickeln, ist das Verständnis der Wechselwirkungen dieser Gase entscheidend. Die enormen Temperaturunterschiede haben sich jedoch als große Herausforderung für Simulationen erwiesen, da sie auch zu großen Unterschieden in der Dichte führen. Ein Team von Wissenschaftlern am MPA und am AIP (Potsdam) hat nun ein neues Modell namens MOGLI entwickelt. Damit können diese Wechselwirkungen mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit verfolgt werden. Dabei werden das heiße und das kalte Gas als zwei gekoppelte Komponenten behandelt, die Material und Energie austauschen. So kann ein ursprünglich für zahlreiche terrestrische Anwendungen in Ingenieurskreisen entwickelter Multifluid-Ansatz dazu verwendet werden, das verborgene Leben von kaltem Gas in großen kosmologischen Simulationen zu erfassen. mehr

Wenn zwei Sterne einander nahe umkreisen, kann ein Stern Materie an seinen Begleiter übertragen; dies ändert die Entwicklung beider Sterne dramatisch. Wie viel dieser Materie jedoch tatsächlich beim Empfängerstern verbleibt, ist bislang eines der größten Rätsel der Doppelsternphysik. Anhand einer neuen Stichprobe von 16 sorgfältig untersuchten Doppelsternsystemen haben MPA-Forschende nun herausgefunden, dass Doppelsterne die übertragene Materie viel effizienter speichern als bisher angenommen: Viele Systeme behalten mehr als die Hälfte der übertragenen Masse. Diese Erkenntnis stellt langjährige theoretische Annahmen in Frage und hat tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis der Sternentwicklung, von den Arten der von uns beobachteten Supernovae bis hin zur Entstehung von Gravitationswellenquellen, Röntgendoppelsternen und exotischen Sterntypen. mehr

Schwarze Löcher mit einer Masse zwischen der stellarer und supermassereicher Schwarzer Löcher gehören zu den rätselhaftesten Objekten im Universum. Es wird angenommen, dass diese Schwarzen Löcher mittlerer Masse in vielen Zwerggalaxien vorkommen. Mithilfe neuer, hochauflösender Supercomputersimulationen haben Wissenschaftler des MPA herausgefunden, dass nukleare Sternhaufen – kompakte, massereiche Sternhaufen im Zentrum von Galaxien – möglicherweise der Schlüssel zu ihrem Wachstum sind und somit das Rätsel um die Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher lösen könnten. mehr

Quasare sind aktive, supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum massereicher Galaxien. Sie geben eine Energie ab, die weit über die gravitative Bindungsenergie ihrer Wirtsgalaxien hinausgeht. Diese enorme Energiemenge kann das Gas innerhalb und außerhalb der Galaxien beeinflussen und somit deren Entwicklung verändern. Die Bedeutung dieses Prozesses ist zwar weitgehend akzeptiert, doch seine Details sind nach wie vor umstritten. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA) hat nun Beobachtungen der umfangreichsten Stichprobe von Wasserstoffstrukturen um Quasare im frühen Universum gesammelt, um diesen Rückkopplungsprozess besser zu verstehen. Die Daten zeigen, wie das Gas über Entfernungen von mehreren hunderttausend Lichtjahren auf die von den supermassereichen Schwarzen Löchern abgegebene Energie reagiert. Damit bieten sie einen neuen Ansatz zur Untersuchung des Einflusses von Quasaren auf die Entwicklung von Galaxien. mehr

Stellen Sie sich einen Stern vor, der nicht in einer feurigen Explosion in ein supermassereiches Schwarzes Loch stürzt, sondern es umkreist und sich seinem Horizont langsam immer weiter nähert. Dies ist die Geschichte eines Unterriesensterns, der von einem Schwarzen Loch mit einer Masse von mehreren Millionen Sonnenmassen seiner Wasserstoffschicht beraubt wird. Übrig bleibt ein Heliumkern, der aufgrund der Emission starker Gravitationswellen langsam angezogen wird. Schließlich kann er so nah an das supermassereiche Schwarze Loch herangezogen werden, dass er zu einer vielversprechenden, beobachtbaren Gravitationswellenquelle für den zukünftigen Detektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna) wird. Ein Team am MPA hat dieses Szenario untersucht. mehr

Galaxien sind von einer großen Gaswolke, dem sogenannten zirkumgalaktischen Medium (CGM), umgeben. Aus diesem Medium tanken Galaxien Gas, recyceln es und bilden daraus Sterne, und nehmen an Masse zu. Da dieses Gas extrem schwach leuchtet, sind aktuelle Beobachtungen auf schwer zu interpretierende Spektrallinien beschränkt. Daher ist es schwierig, die Masse, Verteilung und physikalischen Bedingungen im CGM zu verstehen. Kürzlich entdeckte eine Gruppe am MPA mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) zufällig eine helle Sauerstoffemission um eine massereiche Galaxiengruppe im fernen Universum. In Zusammenarbeit mit anderen internationalen Wissenschaftlern und durch die Kombination verschiedener Beobachtungen liefert die Studie einen detaillierten und beispiellosen Einblick in das CGM und zeigt, wie Galaxien das Gas und ihre Umgebung beeinflussen. mehr

Gravitationswellendetektoren wie LIGO und Virgo auf der Erde haben in den letzten zehn Jahren zahlreiche Verschmelzungen von Doppelsternsystemen aus Schwarzen Löchern und Neutronensternen beobachtet. Es gibt jedoch deutlich mehr Doppelsternsysteme, die aus zwei Weißen Zwergen bestehen. Insbesondere kann die Vorphase von Verschmelzungen zweier massereicher Weißer Zwerge zu hochenergetischen astrophysikalischen Ereignissen führen und Gravitationswellen emittieren, die mit dem geplanten, Weltraum-gestützten LISA-Detektor (Laser Interferometer Space Antenna) der Europäischen Weltraumorganisation aufgezeichnet werden können. Das Verständnis der Entstehung dieser Doppelsternsysteme ist entscheidend für die Interpretation zukünftiger LISA-Daten. Forschende am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) haben erstmals quantitativ untersucht, welchen Einfluss die Dreifachsternentwicklung auf LISA-Quellen hat. Die Studie hebt hervor, wie wichtig Interaktionen in Dreifachsystemen für die Entstehung von Doppelsternsystemen aus Weißen Zwergen sind und identifiziert bisher unerforschte Entstehungswege solcher Gravitationswellenquellen, die LISA beobachten wird. mehr

Die Natur der Dunklen Materie ist noch weitgehend unbekannt; mögliche Erklärungen reichen von mikroskopisch kleinen Elementarteilchen bis hin zu Schwarzen Löchern mit Massen, die um ein Vielfaches größer sind als die der Sonne. Forscher des MPA, der Carnegie Observatories und der University of Sussex haben kürzlich konkrete und zuverlässige Vorhersagen darüber getroffen, wie das Universum aussehen würde, wenn die Dunkle Materie ausschließlich aus massereichen Schwarzen Löchern bestehen würde: Sie führten die erste in sich schlüssige Studie darüber durch, wie sich in einem solchen Universum Strukturen bilden würden und wie viele dieser Schwarzen Löcher verschmelzen und beobachtbare Gravitationswellen aussenden würden. mehr

Die Expansionsrate des Universums, ausgedrückt durch die Hubble-Konstante (H₀), ist nach wie vor eine der meistdiskutierten Größen in der Kosmologie. Messungen, die auf nahen Objekten basieren, ergeben einen höheren Wert als solche, die aus Beobachtungen des frühen Universums abgeleitet werden - eine Diskrepanz, die als „Hubble-Spannung“ bekannt ist. Forschende des Max-Planck-Instituts für Astrophysik und ihre Kooperationspartner haben nun eine neue, unabhängige Bestimmung von H₀ anhand von Typ-II-Supernovae präsentiert. Indem sie das Licht dieser explodierenden Sterne mit fortschrittlichen Strahlungstransport-Techniken modellierten, konnten sie die Entfernungen direkt messen, ohne auf die traditionelle Entfernungsleiter zurückgreifen zu müssen. Der resultierende H₀-Wert stimmt mit anderen lokalen Messungen überein und trägt zur wachsenden Zahl von Hinweisen auf die Hubble-Spannung bei - eine wichtige Kontrolle und ein vielversprechender Weg zur Lösung dieses kosmischen Rätsels. mehr

Sterne entstehen meist in Sternhaufen, eingebettet in die dichtesten und kältesten Kerne riesiger molekularer Gaswolken. Einige Millionen Jahre nach ihrer Entstehung wird das verbleibende Gas durch Supernova-Explosionen ausgestoßen. Anschließend verlieren die Haufen Sterne im galaktischen Gezeitenfeld und lösen sich schließlich auf. Dieser Lebenszyklus ist schwer zu beobachten, da Sternhaufen tief in ihren Geburtswolken verborgen sind und für viele Observatorien unsichtbar bleiben. Das Verschwinden eines Sternhaufens kann Millionen Jahre dauern. Ein internationales Team unter Leitung von Forschenden am MPA hat eine hochauflösende Supercomputer-Simulation entwickelt, die den gesamten Lebenszyklus galaktischer Sternhaufen von der Geburt bis zur Auflösung nachverfolgen kann. Diese Simulation ermöglicht die detaillierte Untersuchung der nicht beobachtbaren Phasen der Sternhaufenentwicklung.
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Die Entstehung und Entwicklung von Galaxien gehören zu den größten Herausforderungen der Astrophysik. Jüngste Entdeckungen mit Instrumenten wie dem JWST und ALMA haben Licht auf Galaxien mit hoher Rotverschiebung geworfen - Galaxien, die vor Milliarden von Jahren existierten. Die meisten theoretischen Modelle sind jedoch auf Galaxien im lokalen Universum zugeschnitten. Forscher des Max-Planck-Instituts für Astrophysik und der Universität Bonn haben nun das semi-analytische Münchner Modell L-GALAXIES anhand neuester Beobachtungen umfassend evaluiert und festgestellt, dass das Modell zwar gut mit den Eigenschaften lokaler Galaxien übereinstimmt, aber bei entscheidenden Eigenschaften hochrotverschobener Galaxien Schwierigkeiten aufweist. Insbesondere hebt die Studie kritische Probleme bei den Vorhersagen des Modells für sogenannte „passive“ Galaxien hervor, in denen die Sternentstehung zum Stillstand gekommen ist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Implementierung von Prozessen, die die Sternentstehung hemmen, einschließlich der Rückkopplung („Feedback“) durch supermassereiche Schwarze Löcher und Galaxienverschmelzungen, überarbeitet werden muss. mehr