Aktuelle Forschungsmeldungen

Obwohl die Dunkle Materie den größten Teil der Materie im Universum ausmacht, bleibt ihre Zusammensetzung eine der größten offenen Fragen der Physik. Ein indirekter Hinweis auf ihre Teilchennatur lässt sich daraus ableiten, wie stark sie auf kleinen Skalen – beispielsweise in Zwerggalaxien und noch kleineren Strukturen – gebündelt ist. Die kleinsten dieser Klumpen sind mit wenigen oder gar keinen Sternen verbunden und können nicht direkt beobachtet werden. Ihre Schwerkraft kann jedoch Sternenströme beeinflussen – das sind dünne Streifen von Sternen, die wie empfindliche Fühler wirken können. WissenschaftlerInnen am MPA haben nun gezeigt, dass sich durch die Analyse der Position und Bewegung der Sterne in Sternenströmen die Skala, auf der die Dunkle Materie aufhört, zu klumpen, um ein Vielfaches genauer bestimmen lässt. Dabei wird eine Empfindlichkeit erreicht, die mit den derzeit fortschrittlichsten Methoden vergleichbar ist. mehr

Wirkt Schwerkraft auf die bisher nicht verstandene Dunkle Materie auf dieselbe Weise wie auf gewöhnliche Materie? Ein Team von Wissenschaftler:innen des MPA und der Universität Genf (Schweiz) hat eine neue Methode entwickelt, um diese Frage zu beantworten: Sie messen die Zeitdilatation in Galaxienhaufen. Mithilfe zukünftiger Datensätze könnte diese Methode Verstöße gegen das Äquivalenzprinzip mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent nachweisen. mehr

Aufgrund charakteristischer Merkmale in den Spektren der „Little Red Dots“, einer neuen Klasse von Objekten, die vom James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt wurden, nahm man an, dass es sich um weit entfernte Galaxien mit massereichen Schwarzen Löchern in ihrem Zentrum handelt. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass das Licht dieser Galaxien nicht nur durch die Bewegung von Gas in der Nähe des zentralen Schwarzen Lochs, sondern auch durch Strahlungseffekte geprägt wird. Wissenschaftler des MPA haben drei wichtige Prozesse – Resonanz-, Raman- und Thomson-Streuung – modelliert und festgestellt, dass diese gemeinsam die Entstehung der Wasserstofflinien in den Little Red Dots erklären können. mehr

Seltene oder ungewöhnliche astrophysikalische Objekte werden aufgrund ihrer extremen Eigenschaften dazu verwendet, die Grenzen theoretischer Modelle zu testen. Die helle Röntgenquelle SS433 in unserer Galaxie gehört zweifellos zu dieser Kategorie. Ursprünglich wurde sie als Hα-Quelle identifiziert, später erkannte man jedoch, dass es sich um ein Schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem handelt. Seitdem ist SS433, das starke Strahlung im Radio- und Röntgenbereich abgibt, Ziel fast aller weltraum- und bodengestützten Observatorien. Dies hat zu einer Flut von Entdeckungen geführt. Im Gegensatz dazu ist der riesige W50-Nebel, der sie umgibt, viel schwächer und schwer zu untersuchen. Er erstreckt sich über mehr als zwei Grad am Himmel. Das vollständige Radiobild brachte W50 den Spitznamen „Manati-Nebel” ein. Röntgenkarten waren dagegen meist Ausschnitte verschiedener Observatorien oder wiesen eine unzureichende räumliche oder energetische Auflösung auf. Diese Schwäche wurde nun endlich durch die kürzlich veröffentlichte SRG/eROSITA-Karte von W50 in mehreren Röntgenfarben behoben. Sie zeigt eine wunderschöne Mischung aus thermischen und nicht-thermischen Prozessen innerhalb eines länglichen Kokons. mehr

Sonnenähnliche Sterne entstehen in turbulenten molekularen Wolken und sind von protostellaren Scheiben aus Gas und Staub umgeben – den Geburtsstätten der Planeten. Während die frühesten Phasen der Scheibenbildung durch das umgebende dichte Gas verborgen bleiben, kann ALMA protostellare Scheiben kurz nach ihrer Entstehung beobachten. In einem vom Exzellenzcluster ORIGINS geförderten Projekt führten Forschende von MPA, MPE, Harvard und der Universität zu Köln hochauflösende, nicht-ideale magnetohydrodynamische Simulationen durch, die die Bildung protostellarer Scheiben selbstkonsistent von ihren turbulenten molekularen Ursprungswolken bis hinunter zu stellaren Skalen über mehr als zehn Größenordnungen hinweg verfolgen. Die Studie legt die komplexen Wege offen, auf denen sich protostellare Scheiben bilden, und zeigt, dass Magnetfelder eine zentrale Rolle bei ihrer Entstehung und frühen Entwicklung spielen. mehr

In den letzten Jahren wurde in den Polarisationsdaten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds aus den Weltraummissionen WMAP und Planck ein spannender Hinweis auf neue Physik gefunden. Die sogenannte „kosmische Doppelbrechung” bricht die Paritätssymmetrie, allerdings wurde die Gültigkeit des Ergebnisses in Frage gestellt, da die Analysemethode von der Modellierung der galaktischen Staubemission abhängt. Nun gewinnt die kosmologische Interpretation des Signals an Überzeugungskraft, da Forschende am MPA in den neuesten Daten des Atacama Cosmology Telescope einen vergleichbaren Effekt gefunden haben, ohne sich auf galaktische Emissionen zu stützen. Sollten weitere unabhängige Beobachtungen dieses Ergebnis als echtes kosmologisches Signal bestätigen, hätte dies tiefgreifende Auswirkungen auf die fundamentalen Gesetze der Physik und würde helfen, die mysteriöse Natur der Dunklen Materie und der Dunklen Energie besser zu verstehen. mehr

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