Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 16. Juli 2024.

16. Juli 2024 – Ein internationales Team unter der Leitung von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik, des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des National Radio Astronomy Observatory hat zehn schnell rotierende Neutronensterne im Kugelsternhaufen Terzan 5 entdeckt. Viele von ihnen befinden sich in ungewöhnlichen und seltenen Doppelsternsystemen, darunter möglicherweise ein rekordverdächtiger Doppelneutronenstern, ein Pulsar in einer extrem elliptischen Umlaufbahn und mehrere „Spinnensysteme“, in denen die Neutronensterne ihre Begleiter verdampfen. Diese Funde in den Daten des MeerKAT-Radioteleskops erhöhen die Anzahl der in diesem sehr dichten Sternhaufen bekannten Millisekunden-Pulsare um mehr als ein Viertel auf insgesamt 49. Das Team hofft, Pulsare in potenziell noch extremeren Doppelsternsystemen zu entdecken. Dazu sollen alle mit MeerKAT von Terzan 5 aufgezeichneten Daten durch Nutzung der enormen Rechenleistung des am MPI für Gravitationsphysik durchgeführten verteilten Rechenprojekts Einstein@Home auf weitere Pulsare durchsucht werden.

„Wir wissen, dass Kugelsternhaufen wie Terzan 5 viele schnell rotierende Neutronensterne beherbergen, und wir wissen auch, dass frühere Beobachtungen dieses Haufens wahrscheinlich einige übersehen haben. Trotzdem haben wir uns sehr gefreut, zehn bisher unbekannte Millisekunden-Pulsare zu entdecken, darunter einige in ungewöhnlichen und extremen Doppelsternsystemen“, sagt Prajwal Voraganti Padmanabh, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) in Hannover. „Die Kombination von hochempfindlichen Beobachtungen mit MeerKAT, Archivdaten des Green-Bank-Teleskops aus fast zwei Jahrzehnten und cleveren und effizienten Datenanalysemethoden haben diese Entdeckungen und ihre vollständige Charakterisierung ermöglicht.“

Padmanabh ist Erstautor einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde. Er begann seine Forschungsarbeit an Pulsaren während seiner Tätigkeit am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn.

Neutronensterne sind kompakte Überreste von Supernova-Explosionen. Sie bestehen aus exotischer, extrem dichter Materie, sind schwerer als unsere Sonne und haben einen Durchmesser von nur etwa 20 Kilometern. Aufgrund ihrer starken Magnetfelder und schnellen Rotation senden sie wie ein kosmischer Leuchtturm gebündelte Radiowellen aus. Wenn die Rotation diese Strahlenbündel regelmäßig auf die Erde richtet, wird der Neutronenstern als pulsierende Radioquelle – als Radiopulsar – sichtbar. Einige dieser Radiopulsare sammeln in Doppelsternsystemen von ihrem Begleiter Materie ein, die sie auf Rotationsperioden von wenigen Millisekunden beschleunigt. Sie werden als Millisekundenpulsare bezeichnet.

Der Kugelsternhaufen Terzan 5 ist einer der Orte mit der höchsten Sternendichte in unserer Milchstraße. In seinem Kernbereich, wo diese Dichte millionenfach höher ist als in der Umgebung unserer Sonne, treffen sich die Sterne und interagieren viel häufiger als anderswo. Dies macht ihn zu einer sehr effizienten „Fabrik“ für Pulsare in außergewöhnlichen Doppelsternen. Vor dieser Studie waren bereits 39 Pulsare in Terzan 5 bekannt; nun kamen zehn weitere hinzu.

Die Forscherinnen und Forscher machten ihre Entdeckungen in Daten des MeerKAT-Radioteleskops. MeerKAT ist eine Anlage von 64 Antennen in der südafrikanischen Karoo mit einer beispiellosen Empfindlichkeit für Quellen am Südhimmel. Im Rahmen des „TRansients and Pulsars using MeerKAT (TRAPUM) Large Survey Project“ beobachtete das Team Terzan 5 zweimal für mehrere Stunden mit jeweils 56 MeerKAT-Antennen. Die Hardware für TRAPUM wurde vom MPIfR finanziert, entworfen und installiert.

„Mittels spezieller Hardware und Software haben wir die Daten der 56 einzelnen MeerKAT-Antennen zu einem virtuellen Teleskop kombiniert, das gleichzeitig fast 300 eng beieinander liegende Himmelspositionen im Bereich von Terzan 5 beobachtet hat“, so Dr. Padmanabh. „Das führt natürlich dazu, dass wir viel mehr Daten auswerten müssen als bei Beobachtungen mit einem einzelnen Teleskop. Aber es hilft uns auch, die Position jedes neuen Pulsars viel genauer zu bestimmen. Das ist bei Einzelteleskopen normalerweise der schwierige Teil, der Monate an zusätzlichen Beobachtungen erfordert.“

Das Team bereitete die Rohdaten vor und suchte dann an den 45 Positionen, die den Zentralbereich von Terzan 5 abdecken, nach Pulsaren. Ihr Arbeitspferd: der Großrechner Atlas am AEI Hannover, der rund 99.000 logische CPU-Kerne in fast 3.200 Servern sowie 400 Grafikkarten mit fast einer Million Kernen für die Datenanalyse bereitstellte. Mit dieser Suche konnten zehn neue Millisekunden-Pulsare aufgespürt werden.

Für jeden in den MeerKAT-Daten an einer genau definierten Himmelsposition gefundenen Pulsar wurde auf die Archivdaten des Green-Bank-Teleskops zurückgegriffen, um zu überprüfen, ob die Entdeckung dort bestätigt werden konnte. „Ohne das Archiv des Green-Bank-Teleskops wären wir nicht in der Lage gewesen, diese Pulsare zu charakterisieren und ihre Astrophysik zu verstehen“, sagt Scott Ransom, Astronom am National Radio Astronomy Observatory (NRAO). Dadurch war man in der Lage, für alle Entdeckungen sogenannte Timing-Modelle zu erstellen. Diese mathematischen Beschreibungen sagen die Ankunftszeit jedes einzelnen der mehreren hundert Milliarden Pulse über die gesamten 19 Jahre Beobachtungszeit präzise voraus.

Um diese Genauigkeit zu erreichen, müssen die Timing-Modelle viele astrophysikalische Eigenschaften berücksichtigen, die die Doppelsysteme mit Pulsaren beschreiben, einschließlich relativistischer Effekte, die sich aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ergeben. Das ermöglichte es den Forschern, die Neutronensterne, ihre Umlaufbahnen, ihre Begleiter und viele andere Eigenschaften genau zu untersuchen und zu überwachen.

„Alle zehn neu entdeckten Pulsare sind ungewöhnlich und besonders und helfen uns, Kugelsternhaufen und Neutronensterne besser zu verstehen und die allgemeine Relativitätstheorie zu testen. Aber einige von ihnen sind selbst in dieser Gruppe selten und speziell“, sagt Paulo Freire, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsabteilung „Radioastronomische Fundamentalphysik“ am MPIfR. „Diese Systeme sind nur die jüngsten Beispiele für die wunderbaren, exotischen Sternsysteme, die wir mit MeerKAT in diesen dichten Kugelsternhaufen gefunden haben. Zusammen mit jüngsten Beispielen wie dem Objekt NGC 1851E, das das erste Pulsar-Schwarzes-Loch-System darstellen könnte, zeigen uns die Ergebnisse, dass Kugelsternhaufen eine Goldmine voller Möglichkeiten darstellen.“

Vivek Venkatraman Krishnan vom MPIfR ist Mitautor der vorliegenden Arbeit. Er sucht im Rahmen des ERC Research Grants COMPACT („Understanding gravity using a comprehensive search for fast-spinning pulsars and compact binaries“) ebenfalls nach binären Pulsaren in Kugelsternhaufen. „Mit COMPACT werden wir ein maßgeschneidertes Suchsystem für Pulsare entwickeln und einsetzen, um noch extremere Versionen dieser Doppelsterne in Kugelsternhaufen zu entdecken“, sagt er.

Eine der Entdeckungen ist ein Doppelsternsystem, das möglicherweise aus zwei Neutronensternen besteht. Diese Doppelneutronensterne sind sehr selten – gerade einmal 20 von mehr als 3600 bekannten Pulsaren gehören zu dieser besonderen Spezies. Sollten zukünftige Beobachtungen diesen Verdacht bestätigen, wäre das Doppelsystem auch ein Rekordbrecher mit dem am schnellsten rotierenden Pulsar und der längsten Umlaufzeit solcher Objekte. Andererseits könnte es sich bei diesem System auch um einen massereichen Pulsar in Begleitung eines Weißen Zwergs handeln. Ein schwerer Pulsar könnte Aufschluss über die innere Zusammensetzung von Neutronensternen geben.

Die extrem elliptische Umlaufbahn eines anderen neuen Pulsars deutet auf eine Reihe von engen Begegnungen mit anderen Sternen in seiner Vergangenheit hin. Wenn im Gedränge im Zentrum von Terzan 5 Sterne an einem Doppelsternsystem vorbeiziehen, kann ihre Schwerkraft dessen Bahnen stören und sogar seine Komponenten herausschleudern oder deren Plätze einnehmen.

Nachdem das Team die Zahl der bekannten Pulsare in Terzan 5 schon um mehr als ein Viertel gesteigert hat, plant es bereits, weitere zu finden. Die Suche wird erweitert auf Pulsare in Doppelsystemen, deren Umlaufzeiten deutlich kürzer sind als die der bisher entdeckten. Die Forscher beabsichtigen, mit der Hilfe des verteilten freiwilligen Computerprojekts Einstein@Home alle mit MeerKAT gewonnenen Daten von Terzan 5 zu analysieren. Das Projekt, das von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am AEI Hannover geleitet wird, hat bereits mehr als 90 neue Neutronensterne entdeckt. Mit MeerKAT soll der Kugelsternhaufen Terzan 5 auch bei höheren Radiofrequenzen beobachtet werden, was die Chancen auf neue Entdeckungen weiter erhöhen dürfte.

„Nach allem, was wir über Terzan 5 wissen, erwarten wir, dass er noch viele weitere extreme Doppelsternsysteme beherbergt, von denen jedes ein potenzielles Labor für die Überprüfung der Einsteinschen Relativitätstheorie ist“, schließt Prajwal Voraganti Padmanabh. „Wer weiß, vielleicht ist das nächste, was wir in diesem erstaunlichen Kugelsternhaufen finden, etwas so Exotisches wie ein Paar Millisekunden-Pulsare oder ein Millisekunden-Pulsar, der ein Schwarzes Loch umkreist?“

Hintergrundinformation
Das vom South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) betriebene MeerKAT ist das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre und eines von zwei Vorläuferinstrumenten des SKA-Projekts in Südafrika. Das in der Karoo-Wüste gelegene Radioteleskop wird demnächst durch eine zusätzliche Anzahl von Parabolantennen zum „MeerKAT+“ erweitert. Dieses wird später schrittweise in das SKAO-Teleskop für einen mittleren Frequenzbereich (SKA-MID) integriert, dessen Bau bereits begonnen hat und bis 2028 andauern wird. Die ersten wissenschaftlichen Beobachtungen von MeerKAT+ haben bereits 2023 während der Testphase des Teleskops begonnen.

TRAPUM (TRAnsients and PUlsars with MeerKAT) ist eines der Large Survey Proposals, die mit dem MeerKAT-Teleskop durchgeführt werden. Es handelt sich um ein internationales Kollaborationsprojekt, das von der Universität Manchester und dem MPIfR geleitet wird, und an dem Institutionen wie das INAF, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und das South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) beteiligt sind.

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. Das Green Bank Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen eines Kooperationsabkommens von Associated Universities, Inc. betrieben wird.

Autoren der Veröffentlichung sind P. V. Padmanabh, S. M. Ransom, P. C. C. Freire, A. Ridolfi, J. D. Taylor, C. Choza, C. J. Clark, F. Abbate, M. Bailes, E. D. Barr, S. Buchner, M. Burgay, M. E. DeCesar, W. Chen, A. Corongiu, D. J. Champion, A. Dutta, M. Geyer, J. W. T. Hessels, M. Kramer, A. Possenti, I. H. Stairs, B. W. Stappers, V. Venkatraman Krishnan, L. Vleeschower und L. Zhang. Paulo Freire, Ewan Barr, Weiwei Chen, David Champion, Arunima Dutta, Michael Kramer und Vivek Venkatraman Krishnan sind Mitarbeiter am MPIfR. Der Erstautor, Prajwal Voraganti Padmanabh, sowie Alessandro Ridolfi und Federico Abbate sind ebenfalls mit dem MPIfR affiliiert.

Originalveröffentlichung
Discovery and timing of ten new millisecond pulsars in the globular cluster Terzan 5
P. V. Padmanabh et al., Astronomy & Astrophysics (A&A), Volume 686, A166 (Juni 2024)
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa49303-24/aa49303-24.html

Discovery and timing of ten new millisecond pulsars in the globular cluster Terzan 5
P. V. Padmanabh et al., arXiv Preprint
https://arxiv.org/abs/2403.17799

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• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

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Quelle: Universität Bayreuth 5. Februar 2024.

5. Februar 2024 – Das Forschungsziel von Dr. Sebastian Wolfschmidt und Christopher Straub ist die Untersuchung der Struktur und des Langzeitverhaltens von Galaxien. „Da diese nicht vollständig durch astronomische Beobachtungen analysiert werden können, nutzen wir mathematische Modelle von Galaxien“, erklärt Christopher Straub, Doktorand am Lehrstuhl Mathematik VI an der Universität Bayreuth. „Um dabei zu berücksichtigen, dass die meisten Galaxien ein schwarzes Loch im Zentrum beinhalten, beruhen unsere Modelle auf Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, welche Gravitation als Krümmung einer vierdimensionalen Raumzeit beschreibt.“

Mathematiker und Astrophysiker erforschen seit Jahrzehnten die Eigenschaften solcher Galaxie-Modelle, wobei viele Fragen noch immer offen sind. Als Hilfsmittel zur Klärung dieser Fragen haben Straub und Wolfschmidt ein tiefes neuronales Netz implementiert, was einen komplett neuartigen Ansatz in diesem Forschungsbereich darstellt. Neuronale Netzwerke sind leistungsstarke Rechenmodelle, deren Struktur von der des menschlichen Gehirns inspiriert ist. Sie werden im Bereich der künstlichen Intelligenz genutzt, um komplexe Strukturen in großen Datenmengen zu erkennen.

„Das neuronale Netz kann vorhersagen, welche Modelle von Galaxien in der Realität existieren können und welche nicht“, sagt Dr. Sebastian Wolfschmidt, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl Mathematik VI. „Das neuronale Netz liefert dabei eine bedeutend schnellere Vorhersage als die in der Vergangenheit verwendeten numerischen Simulationen. So lassen sich astrophysikalische Hypothesen, die über die vergangenen Jahrzehnte aufgestellt wurden, innerhalb weniger Sekunden verifizieren oder falsifizieren.“

Ihre Erkenntnisse haben Wolfschmidt und Straub nun in der Fachzeitschrift „Classical and Quantum Gravity“ vorgestellt. „Wir befassen uns seit 2019 am Lehrstuhl Mathematik VI in der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Gerhard Rein mit diesen Fragestellungen. Nach verschiedensten analytischen und numerischen Untersuchungen haben wir vor ungefähr einem Jahr erkannt, dass der Einsatz von maschinellem Lernen für einige unserer Probleme besonders hilfreich sein kann. Seitdem haben wir das beschriebene tiefe neurale Netz entwickelt, und haben auch bereits Pläne für weitere Einsatzmöglichkeiten ähnlicher Methoden“, sagt Straub.

Die Berechnungen der Bayreuther Mathematiker wurden vom Supercomputer des „Keylab HPC“ an der Universität Bayreuth durchgeführt und das Projekt entwickelte sich aus einer Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Angewandte Informatik II – Parallele und verteilte Systeme.

Veröffentlichung:
Straub, C., Wolfschmidt, S., Predicting the stability of star clusters in general relativity, Classical and Quantum Gravity (2024).
doi.org/10.1088/1361-6382/ad228a
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ad228a
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ad228a/pdf

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• Galaxien – Entstehung und Entwicklung

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]]> https://www.raumfahrer.net/rub-teilcheninteraktionen-in-neutronensternen-verstehen/ Mon, 04 Dec 2023 09:20:43 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=134162 Neutronensterne zählen zu den dichtesten Objekten des Universums. Die Vorgänge in ihrem Inneren geben der Teilchenphysik Rätsel auf. Beobachtungen und Theorie passen nicht zueinander. Schuld daran könnte ein mangelndes Verständnis der sogenannten Hyperonen sein – Teilchen, die einen besonderen Bestandteil, das Strange-Quark, besitzen. Sie sind instabil und daher schwer zu untersuchen. Prof. Dr. John Bulava […]

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]]> Neutronensterne zählen zu den dichtesten Objekten des Universums. Die Vorgänge in ihrem Inneren geben der Teilchenphysik Rätsel auf. Beobachtungen und Theorie passen nicht zueinander. Schuld daran könnte ein mangelndes Verständnis der sogenannten Hyperonen sein – Teilchen, die einen besonderen Bestandteil, das Strange-Quark, besitzen. Sie sind instabil und daher schwer zu untersuchen. Prof. Dr. John Bulava von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) will ihnen mithilfe von Computersimulationen auf die Schliche kommen. Eine Presseinformation der RUB.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum (RUB) 4. Dezember 2023.



4. Dezember 2023 – Der Europäische Forschungsrat ERC fördert die Arbeiten im Rahmen eines Consolidator Grants mit knapp zwei Millionen Euro für fünf Jahre. Das Projekt „Strange Nuclear Matter from First-Principles Hadron Scattering Amplitudes“, kurz StrangeScatt, soll im Juni 2024 starten.

Mit teilchenphysikalischen Modellen lässt sich vorhersagen, wie schwer Neutronensterne werden können und welchen Radius sie besitzen. „Diese Modelle prognostizieren, dass sehr schwere Neutronensterne nicht vorkommen können“, erklärt John Bulava, der in Bochum die Professur für Theoretische Hadronenphysik innehat. „Allerdings wurden schon Neutronensterne gefunden, die zweimal schwerer als unsere Sonne sind – diese Beobachtungen passen nicht zu den Modellen.“

Hyperonen-Interaktionen simulieren
Der Grund für die Unstimmigkeiten dürften die Hyperonen sein. Also jene Teilchen mit Strange-Quark, die im Inneren von Neutronensternen entstehen. „Die Interaktionen der Hyperonen sind nicht gut verstanden“, so Bulava. Materie, wie wir sie im Alltag erleben, besteht aus Protonen und Neutronen, die wiederum aus kleineren Teilchen bestehen, den Quarks. Quarks gibt es in sechs Sorten; zwei davon – die up- und down-Quarks – kommen in klassischer Materie vor. „Wenn strange-Quarks im Spiel sind, wie bei den Hyperonen, können alle möglichen neuen Sachen passieren“, weiß John Bulava und ist überzeugt: „Wenn wir die Hyperonen-Interaktionen besser verstehen würden, könnten wir auch Masse und Radius der Neutronensterne besser vorhersagen.“ Genau hier setzt seine Arbeit an.

Große Rechenpower erforderlich
Da Hyperonen sehr schnell zerfallen, können sie experimentell schwer untersucht werden. In Computersimulationen besteht diese Hürde nicht. Bulava beschreibt die Teilchen mit sogenannten First-principles-Simulationen. Dabei stellt er im Modell die fundamentalen Kräfte nach, die zwischen Teilchen wirken. Solche Simulationen sind extrem aufwendig und erfordern eine enorme Rechenpower, wie sie nur Hochleistungscomputer bieten. „Deutschland ist ein exzellenter europäischer Standort für diese Arbeiten, weil es hier mehrere Supercomputer gibt“, sagt der gebürtige US-Amerikaner.

Aufgrund des großen Aufwands lassen sich mit Frist-principles-Simulationen nur die Interaktionen von zwei bis drei Teilchen berechnen. John Bulava plant jedoch, seine Arbeiten an der Ruhr-Universität Bochum mit der weiterer Gruppen aus der Theoretischen Physik, der Plasmaforschung und der Astrophysik zu verzahnen. „Neutronensterne sind ein fantastisches astrophysikalisches Labor, dem wir uns an der Ruhr-Universität Bochum aus verschiedenen Perspektiven nähern können“, sagt er.

Zur Person
John Bulava studierte Physik und Mathematik in den USA an der George Washington University und der Carnegie Mellon University. An letzterer schloss er 2009 seine Promotion ab. Es folgten mehrere Forschungsstationen an unterschiedlichen europäischen Instituten, zunächst am Deutschen Elektronensynchrotron (DESY), dann in der Schweiz am CERN. 2013 wurde Bulava Assistant Professor am Trinity College Dublin in Irland. 2019 wechselte er an die University of Southern Denmark, zunächst als Assistant Professor, später als Associate Professor. 2021 kehrte er noch einmal ans DESY zurück, bevor er 2023 die Professur für Theoretische Hadronenphysik an der Ruhr-Universität Bochum antrat.

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• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

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]]> https://www.raumfahrer.net/jgu-berechnung-des-proton-radius-noch-einmal-deutlich-verbessert/ Fri, 06 Oct 2023 20:40:00 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=131840 Theoretische Physiker des Exzellenzclusters PRISMA+ legen neue umfassende Gitterrechnungen vor. Eine Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz 6. Oktober 2023. 6. Oktober 2023 – Einer Gruppe von theoretischen Physikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es gelungen ihre im Jahr 2021 publizierten Berechnungen des elektrischen Ladungsradius des Protons noch einmal deutlich zu […]

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]]> Theoretische Physiker des Exzellenzclusters PRISMA+ legen neue umfassende Gitterrechnungen vor. Eine Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz 6. Oktober 2023.



6. Oktober 2023 – Einer Gruppe von theoretischen Physikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es gelungen ihre im Jahr 2021 publizierten Berechnungen des elektrischen Ladungsradius des Protons noch einmal deutlich zu verbessern und erstmals ein hinreichend präzises Ergebnis komplett ohne die Hinzuziehung experimenteller Daten zu erhalten. In der Diskussion um die Größe des Protons favorisieren auch diese neuen Rechnungen den kleineren Wert. Zugleich haben die Physiker erstmals eine stabile Theorie-Vorhersage für den magnetischen Ladungsradius des Protons veröffentlicht. Alle neuen Erkenntnisse sind in drei auf dem arXiv-Server publizierten Preprints zu finden.

Sämtliche bekannten Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen – und doch sind viele Eigenschaften dieser allgegenwärtigen Nukleonen noch nicht verstanden. So gibt insbesondere der Radius des Protons seit einigen Jahren Rätsel auf: Im Jahr 2010 sorgte eine neue Messung des Proton-Radius mithilfe der Laserspektroskopie von myonischem Wasserstoff für Aufsehen – in diesem „besonderen“ Wasserstoff ist das Elektron in der Hülle des Atoms ersetzt durch seinen schweren Verwandten, das Myon, wodurch sich die Genauigkeit der Messung erheblich steigern ließ. Die Forscher ermittelten einen deutlich kleineren Wert, als er aus entsprechenden Messungen an „normalem“ Wasserstoff und der Bestimmung des Protonradius aus Elektron-Proton-Streuexperimenten bekannt war. Die große Frage, die Physikerinnen und Physiker seitdem umtreibt: Verbirgt sich hinter der Abweichung eine neue Physik jenseits des Standardmodells oder handelt es sich „lediglich“ um systematische Unsicherheiten der verschiedenen Messmethoden?

Ist das Proton-Radius Rätsel gelöst?
In den letzten Jahren gab es immer mehr Anhaltspunkte, dass der kleinere experimentelle Wert der richtige ist, sich also keine neue Physik hinter dem Proton-Radius Rätsel verbirgt. Theoretische Berechnungen leisten einen bedeutenden Beitrag, um diese Frage endgültig beantworten zu können. Bereits im Jahr 2021 gelang es Forschenden um Prof. Dr. Hartmut Wittig vom Mainzer Exzellenzcluster PRISMA+ so genannte Gitterrechnungen hinreichend präzise durchzuführen, um einen weiteren verlässlichen Hinweis auf den kleineren Protonradius zu bekommen. „Inzwischen sind wir nochmals einen großen Schritt vorangekommen“, erläutert Hartmut Wittig. „So hat Miguel Salg, Doktorand in meiner Arbeitsgruppe, sehr schöne Ergebnisse erzielt, die unsere frühere Rechnung nochmals deutlich verbessern und ausweiten.“

Konkret hatte die Mainzer Forschungsgruppe vor zwei Jahren „nur“ den sogenannten Isovektor-Radius berechnet, was nicht dasselbe ist wie der Proton-Radius. Den damals publizierten Wert für den Proton-Radius bestimmten sie unter Hinzuziehung experimenteller Daten für den Neutron-Radius. „Mittlerweile haben wir die damals noch fehlenden Anteile ebenfalls berechnet, unsere Statistik erhöht und die systematischen Fehler besser eingegrenzt, so dass wir nun auf experimentelle Daten erstmals vollständig verzichten können“, beschreibt Miguel Salg. „Außerdem konnten wir überprüfen, inwieweit unser Resultat von 2021 der kompletten direkten Berechnung standhält — mit dem Ergebnis, dass wir auch 2021 mit dem Wert richtig lagen.“ „Im Hinblick auf das Proton-Radius Rätsel können wir sicher sagen, dass sich auch durch die neuen Rechnungen die Hinweise immer weiter verdichten, dass der Protonradius durch den kleineren Wert richtig beschrieben ist“, ordnet Hartmut Wittig das Ergebnis ein.

Die Rechnungen der Mainzer Physiker basieren auf der Theorie der Quantenchromodynamik (QCD). Sie beschreibt das Kräftespiel im Atomkern: Dort bindet die starke Wechselwirkung die Quarks als elementare Bausteine der Materie zu Protonen und Neutronen zusammen und wird durch Gluonen als Austauschteilchen vermittelt. Um diese Vorgänge mathematisch simulieren zu können, greifen die Mainzer Wissenschaftler auf die sogenannte Gitterfeldtheorie zurück. Ähnlich wie in einem Kristall werden die Quarks dabei auf die Punkte eines Raum-Zeit-Gitters verteilt. Mit speziellen Simulationsverfahren lassen sich dann bestimmte Eigenschaften von Nukleonen unter Einsatz von Supercomputern berechnen: in einem ersten Schritt die sogenannten elektromagnetischen Formfaktoren. Diese beschreiben die Verteilung von elektrischer Ladung und Magnetisierung innerhalb des Protons. Aus ihnen wiederum lässt sich der Proton-Radius bestimmen.

Erstmals stabile Theorievorhersage für den magnetischen Ladungsradius
Neben dem elektrischen Ladungsradius, von dem bisher die Rede war, besitzt das Proton auch einen magnetischen Ladungsradius, der ebenfalls Rätsel aufgibt. Auch diesen haben die Mainzer Theoretiker auf Basis der QCD berechnet. „Man könnte die unterschiedlichen Radien ganz vereinfacht durch die Ausdehnung einer durch das Proton gegebenen Ansammlung elektrischer bzw. magnetischer Ladung veranschaulichen, die ein einfliegendes Elektron im Streuprozess ‚sieht‘“, erläutert Hartmut Wittig. Auch für den magnetischen Ladungsradius erhielt die Mainzer Gruppe erstmals eine stabile Vorhersage, die rein auf theoretischen Berechnungen basiert. „Aus der präzisen Kenntnis der elektrischen und magnetischen Formfaktoren konnten wir darüber hinaus erstmals den sogenannten Zemach-Radius des Protons rein aus der QCD herleiten, der für die experimentellen Messungen an myonischem Wasserstoff eine wichtige Input-Größe ist. Dies zeigt einmal mehr, wie weit die Qualität von Gitter-QCD Rechnungen inzwischen fortgeschritten ist“, so Hartmut Wittig abschließend.

Veröffentlichungen:
D. Djukanovic, G. von Hippel, H. B. Meyer, K. Ottnad, M. Salg, and H. Wittig, Electromagnetic form factors of the nucleon from Nf = 2 + 1 lattice QCD, arXiv: 2309.06590.

D. Djukanovic, G. von Hippel, H. B. Meyer, K. Ottnad, M. Salg, and H. Wittig, Precision calculation of the electromagnetic radii of the proton and neutron from lattice QCD, arXiv: 2309.07491.

D. Djukanovic, G. von Hippel, H. B. Meyer, K. Ottnad,M. Salg, and H. Wittig, Zemach radius of the proton from lattice QCD, arXiv: 2309.17232.

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• physikalische Grundlagenforschung

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]]> https://www.raumfahrer.net/mpia-die-wiege-schwarzer-loecher/ Wed, 27 Sep 2023 21:07:00 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=132151 Einer Forschungsgruppe gelang die Entschlüsselung der Entstehungsmechanismen der geheimnisvollen schwarzen Löcher mittlerer Masse. Sie könnten das Bindeglied zwischen ihren kleineren Verwandten, den stellaren schwarzen Löchern, und den supermassereichen Riesen darstellen, die die Zentren der Galaxien bevölkern. Eine Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA). Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 27. September 2023. 27. September 2023 – Der […]

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]]> Einer Forschungsgruppe gelang die Entschlüsselung der Entstehungsmechanismen der geheimnisvollen schwarzen Löcher mittlerer Masse. Sie könnten das Bindeglied zwischen ihren kleineren Verwandten, den stellaren schwarzen Löchern, und den supermassereichen Riesen darstellen, die die Zentren der Galaxien bevölkern. Eine Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA).

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 27. September 2023.



27. September 2023 – Der Erfolg ist das Ergebnis des DRAGON-II-Simulationsprojekts unter der Leitung des Gran Sasso Science Institute. Es beruht auf Berechnungen der komplexen Wechselwirkungen zwischen Sternen, stellaren schwarzen Löchern und physikalischen Prozessen in dichten Sternhaufen und zeigten, dass schwarze Löcher von bis zu einigen hundert Sonnenmassen in diesen Umgebungen entstehen können.

Die Suche nach dem Ursprung von schwarzen Löchern mittlerer Masse (engl. intermediate-mass black holes, IMBHs) ist nach wie vor ein Rätsel. Sollten sie existieren, könnten sie das Bindeglied zwischen den beiden Extremen der schwarzen Löcher sein. Am massearmen Ende beobachten wir stellare schwarze Löcher, Überbleibsel von Supernova-Explosionen massereicher Sterne am Ende ihrer Lebenszeit. Auf der anderen Seite finden wir schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien, die millionen- oder sogar milliardenfach massereicher sind als unsere Sonne. Die Entstehung und das Wachstum dieser Objekte stellen für die moderne Astronomie immer noch ein faszinierendes Rätsel dar, vor allem, weil es keinen eindeutigen Beweis für die Existenz von IMBHs gibt. Astronomen vermuten, dass sie in dichten und eng gedrängten Sternhaufen zu finden sind.

„Schwarze Löcher mittlerer Masse sind schwer zu beobachten“, erklärt Manuel Arca Sedda vom Gran Sasso Science Institute (GSSI) in L’Aquila, Italien, und Hauptautor des zugrunde liegenden Forschungsartikels, der in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde. „Die derzeitigen Grenzen der Beobachtungsmethoden erlauben es uns nicht, die Gruppe dieser schwarzen Löcher mit Massen zwischen 1.000 und 10.000 Sonnenmassen auf diese Weise zu erforschen. Außerdem bereiten sie den Forschenden hinsichtlich der möglichen Mechanismen, die zu ihrer Entstehung führen, Kopfzerbrechen.“

Um diesen Nachteil zu überwinden, hat ein internationales Team unter der Leitung von Arca Sedda und Albrecht Kamlah vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg (MPIA) eine einzigartige Serie von hochauflösenden numerischen Simulationen von Sternhaufen durchgeführt, die als DRAGON-II Cluster-Datenbank bekannt ist. Dabei entdeckten die Astronominnen und Astronomen einen möglichen Mechanismus zur Bildung von mittelschweren schwarzen Löchern in jungen, dicht besiedelten und massereichen Sternhaufen.



Diese bahnbrechenden Simulationen mussten eine Abfolge komplexer Wechselwirkungen zwischen typischen Einzel- und Doppelsternen berechnen, die zu Kollisionen führen und immer massereichere Sterne bilden, die sich schließlich zu schwarzen Löchern entwickeln. In diesem Stadium können sie weitere massereiche Sterne und schwarze Löcher in sich aufnehmen, was zu schwarzen Löchern von mehreren hundert Sonnenmassen führt. Wie sich herausstellt, führt kein einzelner Weg zu solch einem Objekt. Stattdessen finden die Astronomen eine komplexe Palette von Wechselwirkungen und Verschmelzungsereignissen.

Bis zu einer Million Sterne bevölkerten die simulierten Sternhaufen, die einen Anteil an Doppelsternhaufen zwischen 10 % und 30 % aufweisen. „Die simulierten Sternhaufen spiegeln die realen Exemplare, die in der Milchstraße, den Magellanschen Wolken und verschiedenen Galaxien in unserem lokalen Universum beobachtet wurden, sehr gut wider“, erklärt Kamlah.

Indem sie das weitere Schicksal eines solchen schwarzen Lochs in diesen Simulationen nachzeichneten, identifizierten die Astronomen eine turbulente Periode, die durch heftige Austauschprozesse mit anderen Sternen und stellaren schwarzen Löchern gekennzeichnet ist und zu seinem schnellen Ausstoß aus dem elterlichen Sternhaufen innerhalb von ein paar hundert Millionen Jahren führen kann. Dieses Ereignis begrenzt effektiv sein weiteres Wachstum. Die Berechnungsmodelle zeigen, dass kleinere schwarze Löcher mittlerer Masse auf natürliche Weise aus energiereichen Wechselwirkungen zwischen Sternen innerhalb von Sternhaufen entstehen. Ihre Tendenz, größere Massen als einige hundert Sonnenmassen zu erreichen, hängt jedoch von der Dichte oder dem Massereichtum der Umgebung ab.

Dennoch bleibt ein zentrales wissenschaftliches Rätsel ungelöst: ob diese mittelschweren schwarzen Löcher als Bindeglied zwischen ihren kleineren stellaren Verwandten und den kolossalen supermassereichen schwarzen Löchern dienen. Diese Frage bleibt vorerst unbeantwortet, aber die Studie eröffnet einen Raum für konkrete Vermutungen.

„Wir brauchen zwei Zutaten für eine genauere Ergebnisse“, erklärt Arca Sedda. „Einerseits einen oder mehrere Prozesse, die in der Lage sind, schwarze Löcher im mittleren Massenbereich zu bilden und andererseits die Fähigkeit, sie in der ursprünglichen Umgebung zu halten.“ Die Studie stellt strenge Anforderungen an die erste Komponente und gibt einen klaren Überblick darüber, welche Prozesse zur Bildung von schwarzen Löchern beitragen können. Die Berücksichtigung massereicherer Sternhaufen, die mehr Doppelsterne enthalten, könnte in Zukunft helfen, die zweite Zutat zu erhalten, was wiederum hohe Anforderungen an die zukünftigen Simulationen stellt.

Interessanterweise könnten Sternhaufen, die in der Frühzeit des Universums entstanden sind, die geeigneten Eigenschaften besitzen, um das Wachstum von schwarzen Löchern über mittlere Massen hinaus aufrechtzuerhalten. Zukünftige Beobachtungen solch alter Sternhaufen, zum Beispiel mit Hilfe des James Webb Space Telescope (JWST) und der Entwicklung neuer theoretischer Modelle, könnten dabei helfen, die Beziehung zwischen mittelschweren und supermassereichen schwarzen Löchern zu entschlüsseln.

Hintergrundinformationen
Der an dieser Forschung beteiligte MPIA-Wissenschaftler ist Albrecht Kamlah (ebenfalls Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg).
Die Publikation über die DRAGON-II-Simulationen ist Teil einer Serie von drei Veröffentlichungen (die beiden verbleibenden befinden sich in der Begutachtung), die wiederum zum langfristigen DRAGON-Simulationsprojekt gehören, das von Rainer Spurzem (Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, und Kavli-Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Peking; Nationale Astronomische Observatorien, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking) und Teams hauptsächlich in Deutschland, China, Polen und Italien geleitet wird. Ziel dieses Projekts ist es, die dynamische Entwicklung massereicher Sternhaufen über kosmische Zeiträume hinweg mit den genauesten verfügbaren Methoden zu erforschen.

Die erfolgreiche Durchführung des Projekts erfordert den umfassenden Einsatz von GPU-beschleunigten massiv-parallelen Rechensystemen, wie dem High-Performance Computing (HPC) System Raven und dem JUWELS-Booster-System des Jülich Supercomputing Center (JSC). Die Simulationen des DRAGON-II-Projekts, die in den Veröffentlichungen vorgestellt werden, wurden alle auf dem JUWELS-Booster durchgeführt. Die umfassende Nutzung der Rechenressourcen von Raven, die in der Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) zur Verfügung stehen, war ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die gründliche Evaluierung und das Benchmarking der Millionen-Körper-Simulationen, die in dieser Reihe vorgestellt werden, und bot gleichzeitig eine Testumgebung für viele der notwendigen Code-Aktualisierungen.

Originalpublikation:
Manuel Arca Sedda, Albrecht W H Kamlah, Rainer Spurzem, Francesco Paolo Rizzuto, Thorsten Naab, Mirek Giersz, Peter Berczik: „The DRAGON-II simulations – II. Formation mechanisms, mass, and spin of intermediate-mass black holes in star clusters with up to 1 million stars„, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 526, Issue 1, November 2023, Pages 429–442,
doi: dx.doi.org/10.1093/mnras/stad2292,
https://academic.oup.com/mnras/article/526/1/429/7281010

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• Schwarze Löcher

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]]> https://www.raumfahrer.net/aip-kuehle-sterne-mit-starken-winden-bedrohen-exoplaneten-atmosphaeren/ Fri, 04 Aug 2023 07:39:39 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=129566 Mit Hilfe modernster numerischer Simulationen hat eine Studie unter Leitung von Forschenden des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) die erste systematische Charakterisierung der Eigenschaften stellarer Winde in einer Stichprobe von kühlen Sternen vorgenommen. Eine Pressemitteilung des AIP. Quelle: AIP 3. August 2023. 3. August 2023 – Die Forschenden fanden heraus, dass Sterne mit stärkeren Magnetfeldern […]

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]]> Mit Hilfe modernster numerischer Simulationen hat eine Studie unter Leitung von Forschenden des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) die erste systematische Charakterisierung der Eigenschaften stellarer Winde in einer Stichprobe von kühlen Sternen vorgenommen. Eine Pressemitteilung des AIP.

Quelle: AIP 3. August 2023.



3. August 2023 – Die Forschenden fanden heraus, dass Sterne mit stärkeren Magnetfeldern stärkere Winde erzeugen. Diese Winde können ungünstige Bedingungen für das Überleben von Planetenatmosphären schaffen und damit die mögliche Bewohnbarkeit dieser Systeme beeinträchtigen.

Die Sonne gehört zu den am häufigsten vorkommenden Sternen im Universum, die als „kühle Sterne“ bezeichnet werden. Diese Sterne werden in vier Kategorien unterteilt (Typ F, G, K und M), die sich in Größe, Temperatur und Helligkeit unterscheiden. Die Sonne ist ein ziemlich durchschnittlicher Stern und gehört zur Kategorie G. Sterne, die heller und größer als die Sonne sind, gehören zur Kategorie F, und K-Sterne sind etwas kleiner und kühler als die Sonne. Die kleinsten und schwächsten Sterne sind die M-Sterne, die aufgrund der Farbe, in der sie das meiste Licht aussenden, auch als „rote Zwerge“ bezeichnet werden.

Satelliten-Beobachtungen haben gezeigt, dass die Sonne neben Licht auch einen anhaltenden Strom von Teilchen aussendet, der als Sonnenwind bekannt ist. Diese Winde durchqueren den interplanetaren Raum und interagieren mit den Planeten des Sonnensystems, einschließlich der Erde. Das wunderschöne Schauspiel der Polarlichter in der Nähe der Pole wird durch diese Wechselwirkung erzeugt. Diese Winde können jedoch auch schädlich sein, da sie eine stabile Planetenatmosphäre zerstören können, wie es auf dem Mars der Fall war. Während über den Sonnenwind viel bekannt ist – unter anderem dank Missionen wie Solar Orbiter –, gilt dies nicht für andere kühle Sterne. Das Problem besteht darin, dass wir diese Sternwinde nicht direkt sehen können, so dass wir uns auf die Untersuchung ihres Einflusses auf das dünne Gas beschränken müssen, das den Raum zwischen den Sternen in der Galaxie füllt. Dieser Ansatz hat jedoch mehrere Einschränkungen und ist nur auf einige wenige Sterne anwendbar. Aus diesem Grund werden Computersimulationen und Modelle eingesetzt, um die verschiedenen Eigenschaften der Sternwinde vorherzusagen, ohne dass Astronominnen und Astronomen sie beobachten müssen.

In diesem Zusammenhang haben die Doktorandin Judy Chebly, der Wissenschaftler Dr. Julián D. Alvarado-Gómez und die Abteilungsleiterin Prof. Dr. Katja Poppenhäger aus der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten am AIP in Zusammenarbeit mit Cecilia Garraffo vom Center for Astrophysics am Harvard & Smithsonian die erste systematische Studie der Eigenschaften von Sternwinden erstellt, die für F-, G-, K- und M-Sterne erwartet werden. Die numerischen Simulationen wurden mit den Supercomputern des AIP und des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) durchgeführt, wobei eines der anspruchsvollsten derzeit verfügbaren Modelle verwendet wurde.

Das Team untersuchte, wie sich die Eigenschaften der Sterne, wie Schwerkraft, Magnetfeldstärke und Rotationsdauer, auf die Windeigenschaften in Form von Geschwindigkeit oder Dichte auswirken.

Die Ergebnisse umfassen eine vollständige Charakterisierung der Eigenschaften des Sternwinds über alle Sterntypen hinweg, und zeigen, dass frühere Annahmen zu den Sternwindgeschwindigkeiten überdacht werden müssen, wenn die damit verbundenen Massenverluste aus Beobachtungen geschätzt werden. Darüber hinaus ermöglichen die Simulationen die Vorhersage der erwarteten Größe der Alfvén-Oberfläche – der Grenze zwischen der Korona des Sterns und seinem Sternwind. Diese Informationen sind von grundlegender Bedeutung, um festzustellen, ob ein Planetensystem möglicherweise starken magnetischen Stern-Planeten-Wechselwirkungen ausgesetzt ist, die auftreten können, wenn die Planetenbahn in die Alfvén-Oberfläche des Sterns eintritt oder vollständig darin eingebettet ist.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass Sterne mit Magnetfeldern, die größer sind als die der Sonne, schnellere Winde haben. In einigen Fällen können die Sternwindgeschwindigkeiten bis zu fünfmal schneller sein als die durchschnittliche Sonnenwindgeschwindigkeit, die typischerweise 450 km/s beträgt. Im Rahmen der Untersuchung wurde ermittelt, wie stark die Winde dieser Sterne in den so genannten „habitablen Zonen“ sind, d. h. in den Entfernungen, in denen felsige Exoplaneten bei einem erdähnlichen atmosphärischen Druck flüssiges Wasser an der Oberfläche haben könnten. In der Nähe von Sternen des F- und G-Typs herrschen mildere Bedingungen, vergleichbar mit denen, die die Erde in der Nähe der G-Typ-Sonne vorfindet, während die Winde bei Sternen des K- und M-Typs zunehmend schroffer werden. Solch kräftige Sternwinde wirken sich stark auf eine mögliche Atmosphäre des Planeten aus.

Dieses Phänomen ist in der Sonnenphysik zwischen Gesteinsplaneten und der Sonne gut dokumentiert, aber nicht im Fall von Exoplaneten-Systemen. Dies erfordert Schätzungen des Sternwindes, um ähnliche Prozesse zu bewerten, wie wir sie zwischen dem Sonnenwind und den Planetenatmosphären beobachten. Informationen über den Sternwind waren bisher für Hauptreihen-Sterne der Klassen F bis M nicht bekannt, was diese Studie im Zusammenhang mit der Habitabilität wichtig macht. Die hier vorgestellte Arbeit wurde für 21 Sterne durchgeführt, aber die Ergebnisse sind allgemein genug, um auf andere kühle Hauptreihensterne angewendet zu werden. Diese Untersuchung ebnet den Weg für künftige Forschungen zur Beobachtung von Sternwinden und deren Einfluss auf die Erosion von Planetenatmosphären.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Originalveröffentlichung
Judy J Chebly, Julián D Alvarado-Gómez, Katja Poppenhäger, Cecilia Garraffo, Numerical quantification of the wind properties of cool main sequence stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 524, Issue 4, October 2023, Pages 5060–5079.
DOI: doi.org/10.1093/mnras/stad2100,
https://academic.oup.com/mnras/article/524/4/5060/7226714,
https://arxiv.org/abs/2307.04615;

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• Exoplaneten

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]]> Neue Computersimulationen verfolgen die Entstehung von Galaxien und die Entwicklung der großräumigen Struktur des Kosmos mit bisher unerreichter statistischer Präzision. Eine Pressemitteiliung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astrophysik 19. Juli 2023.

19. Juli 2023 – Ein internationales Astrophysik-Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Deutschland, der Harvard University in den USA und der Durham University im Vereinigten Königreich hat den ehrgeizigen Versuch unternommen, gleichzeitig die Entstehung von Galaxien und die großräumige Struktur im Kosmos in erstaunlich großen Regionen des Weltalls zu simulieren. Ihre Simulationen berücksichtigen zudem die geisterhaften Neutrinos und könnten dazu beitragen, die Masse dieser Elementarteilchen einzugrenzen. Die ersten Ergebnisse des „MillenniumTNG“-Projekts wurden soeben in einer Reihe von 10 Artikeln in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. Die neuen Rechnungen tragen dazu bei, das kosmologische Standardmodell einem Präzisionstest zu unterziehen und die meisten Informationen aus den bevorstehenden kosmologischen Beobachtungen herauszuholen.



In der Kosmologie hat sich in den letzten Jahrzehnten die verblüffende Annahme etabliert, dass die Materie im Universum von einer rätselhaften ‚Dunklen Materie‘ dominiert wird und dass ein noch seltsameres Feld aus ‚Dunkler Energie‘ als eine Art Anti-Schwerkraft wirkt, und die Expansion des heutigen Kosmos beschleunigt. Die gewöhnliche baryonische Materie trägt mit weniger als 5 % zum kosmischen Gemisch bei, dennoch bildet sie die Grundlage für die Sterne und Planeten in Galaxien wie unserer eigenen Milchstraße. Dieses seltsam anmutende kosmologische Modell wird LCDM genannt. Es liefert eine hartnäckig erfolgreiche Beschreibung einer Vielzahl von Beobachtungsdaten: von der kosmischen Mikrowellenstrahlung – der Restwärme, die der heiße Urknall hinterlassen hat – bis hin zum „kosmischen Netz“, in dem die Galaxien entlang eines verschlungenen Netzes mit Filamenten aus Dunkler Materie angeordnet sind.

Die tatsächliche physikalische Natur der Dunklen Materie und der Dunklen Energie ist jedoch immer noch nicht verstanden, weshalb Astrophysiker und Astrophysikerinnen nach Defiziten in der LCDM-Theorie suchen. Fänden sich Ungereimtheiten im Vergleich zu Beobachtungsdaten so könnte dies zu einem besseren Verständnis dieser grundlegenden Rätsel unseres Universums führen. Empfindliche Tests sind erforderlich, die beides brauchen: aussagekräftige neue Beobachtungsdaten und detailliertere Vorhersagen darüber, was das LCDM-Modell tatsächlich impliziert.

Forschenden am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) ist es nun zusammen mit einem internationalen Team der Harvard University und der Durham University sowie der York University in Kanada und des Donostia International Physics Center in Spanien gelungen, bei der theoretischen Beschreibung einen entscheidenden Schritt voranzukommen. Aufbauend auf ihren früheren Erfolgen mit den Projekten „Millennium“ und „IllustrisTNG“ entwickelten sie eine neue Reihe von Simulationsmodellen mit dem Namen „MillenniumTNG“, die die Physik der kosmischen Strukturbildung mit wesentlich höherer statistischer Genauigkeit nachzeichnen, als dies mit früheren Berechnungen möglich war.

Große Simulationen mit neuen physikalischen Details
Das Team nutzte den fortschrittlichen kosmologischen Rechen-Code GADGET-4, der speziell für diesen Zweck am MPA entwickelt wurde, um die bisher größten, hochaufgelösten Dunkle-Materie-Simulationen zu berechnen, die eine Region von fast 10 Milliarden Lichtjahren abdecken. Darüber hinaus verwendeten sie den hydrodynamischen Code AREPO, dessen Zellgröße sich dynamisch anpasst, um die Prozesse der Galaxienbildung direkt in so großen Volumina zu verfolgen, dass sie als repräsentativ für das gesamte Universum angesehen werden können. Aus dem Vergleich der beiden Arten an Simulation kann genau bewertet werden, wie sich baryonische Prozesse im Zusammenhang mit Supernova-Explosionen und supermassereichen Schwarzen Löchern auf die Gesamtverteilung der Materie auswirken. Dies wiederum erlaubt kommende Beobachtungen korrekt zu interpretieren, wie z. B. die so genannten schwachen Gravitationslinseneffekte. Diese reagieren auf Materie unabhängig davon, ob sie dunkel oder baryonisch ist.

Außerdem bezog das Team massereiche Neutrinos in seine Simulationen ein – zum ersten Mal in Simulationen, die groß genug sind, um kosmologische Beobachtungen aussagekräftig nachzustellen. In früheren kosmologischen Simulationen wurden Neutrinos meist der Einfachheit halber weggelassen, da sie höchstens 1-2 % der Masse der Dunklen Materie ausmachen und ihre nahezu relativistischen Geschwindigkeiten ein Zusammenklumpen verhindern. Nun aber werden künftige kosmologische Durchmusterungen des Universums (wie mit dem kürzlich gestarteten Euclid-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation) eine Genauigkeit erreichen, die einen Nachweis der damit verbundenen prozentualen Effekte ermöglicht. Dies eröffnet die verlockende Aussicht, die Neutrinomasse selbst zu bestimmen, eine grundlegende, offene Frage in der Teilchenphysik – es steht viel auf dem Spiel.



Für die bahnbrechenden MillenniumTNG-Simulationen nutzten die Forscher zwei extrem leistungsstarke Supercomputer: den SuperMUC-NG am Leibniz-Rechenzentrum in Garching und den Cosma8-Rechner, der von der Durham University im Auftrag der britischen DiRAC-Hochleistungsrechenanlage betrieben wird. Mehr als 120 000 Rechnerkerne arbeiteten am SuperMUC-NG fast zwei Monate lang, wobei die vom deutschen Gauß-Zentrum für Hochleistungsrechnen zur Verfügung gestellte Rechenzeit genutzt wurde, um das bisher umfassendste hydrodynamische Simulationsmodell zu erstellen. MillenniumTNG verfolgt die Entstehung von etwa einhundert Millionen Galaxien in einer Region des Universums mit einem Durchmesser von etwa 2400 Millionen Lichtjahren (siehe Abbildung 1). Diese Berechnung ist etwa 15 Mal größer als die bisher beste in dieser Kategorie, das TNG300-Modell des IllustrisTNG-Projekts.

Mit Cosma8 berechnete das Team ein noch größeres Volumen des Universums, das mit mehr als einer Billion Teilchen der Dunklen Materie und mehr als 10 Milliarden Teilchen gefüllt ist, um den massereichen Neutrinos zu folgen (siehe Abbildung 2). Obwohl diese Simulation die baryonische Materie nicht direkt verfolgte, können die Galaxien in MillenniumTNG mit Hilfe eines semi-analytischen Modells, das gegen die baryonische Berechnung des Projekts kalibriert wird, genau vorhergesagt werden. Dieses Verfahren führt zu einer detaillierten Verteilung der Galaxien und der Materie in einem Volumen, das zum ersten Mal groß genug ist, um für das gesamte Universum repräsentativ zu sein, so dass Vergleiche mit bevorstehenden Beobachtungen auf eine solide statistische Grundlage gestellt werden können.

Theoretische Vorhersagen für die Kosmologie
Die ersten Ergebnisse des MillenniumTNG-Projekts zeigen eine Fülle von neuen theoretischen Vorhersagen, die die Bedeutung von Computersimulationen in der modernen Kosmologie unterstreichen. Das Team hat zehn wissenschaftliche Paper für das Projekt verfasst und eingereicht. Acht davon sind soeben in der Fachzeitschrift MNRAS erschienen, die beiden anderen werden in Kürze folgen.

Eine der Studien beschäftigte sich mit der Form von Galaxien. Nahe Galaxien haben die subtile Tendenz, ihre Formen ähnlich auszurichten anstatt in willkürliche Richtungen zu zeigen – ein Effekt, der „intrinsische Galaxienausrichtung“ genannt wird. Dieser kaum erforschte Effekt verzerrt die Ergebnisse, die sich aus dem schwachen Gravitationslinseneffekt ergeben, der ja sein eigenes statistisches Ausrichtungssignal erzeugt. Im Rahmen des MillenniumTNG-Projekts konnten zum ersten Mal intrinsische Ausrichtungen mit einem sehr hohen Signal-Rausch-Verhältnis direkt bei den simulierten Galaxien gemessen werden, und zwar bis zu Entfernungen von mehreren hundert Millionen Lichtjahren. „Unsere Bestimmung der intrinsischen Ausrichtung von Galaxien kann vielleicht dazu beitragen eine Diskrepanz aufzulösen, die derzeit zwischen zwei Methoden herrscht, um die Amplitude zu messen, wie stark Materie klumpt“, sagt die Doktorandin Ana Maria Delgado, Erstautorin dieser Studie im MillenniumTNG-Team. „Die Materie-Anhäufung wird dabei einmal über den schwachen Gravitationslinseneffekt bestimmt und einmal aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund abgeleitet.“ Mit Hilfe der MillenniumTNG-Ergebnisse werden die Astronomen in der Lage sein, diesen wichtigen systematischen Effekt viel besser zu korrigieren.



Ein weiteres aktuelles Ergebnis bezieht sich auf die jüngste Entdeckung einer Population sehr massereicher Galaxien im jungen Universum mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST). Kurze Zeit nach dem Urknall sind die Massen dieser Galaxien unerwartet groß, was den theoretischen Erwartungen zu widersprechen scheint. Dr. Rahul Kannan analysierte die Vorhersagen von MillenniumTNG für diese frühe Epoche. Während die Simulationen bis zu einer Rotverschiebung von z=10 (als das Universum weniger als 500 Millionen Jahre alt war) mit den Beobachtungen übereinstimmen, bestätigte er, dass die neuen JWST-Ergebnisse bei einer noch höheren Rotverschiebung im Widerspruch zu den Vorhersagen der Simulationen stehen, falls sie Bestand haben. „Vielleicht ist die Sternentstehung kurz nach dem Urknall viel effizienter als zu späteren Zeiten, oder vielleicht sind damals massereiche Sterne in höheren Anteilen entstanden, was diese Galaxien ungewöhnlich hell macht“, erklärt Dr. Kannan.

Andere Arbeiten des Teams konzentrieren sich auf die Signale der Haufenbildung bei Galaxien. So erstellte die MPA-Doktorandin Monica Barrera extrem große und äußerst realistische Scheinkataloge von Galaxien auf dem rückwärtigen „Lichtkegel“ eines Referenzbeobachters (siehe Abbildung 3). In diesem Fall sind Galaxien, die weiter entfernt sind, automatisch auch jünger, was die Reisezeit des Lichts widerspiegelt, das unsere Teleskope erreicht. Anhand dieser virtuellen Beobachtungen untersuchte sie die so genannte baryonische akustische Oszillation (BAO) – ein kosmologisch wichtiges Standard-„Maßband“ – in der projizierten Zweipunkt-Korrelationsfunktion von Galaxien. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Messung dieser BAOs ein ziemlich kniffliges Unterfangen ist, das durch so-genannte kosmische Varianzeffekte erheblich beeinflusst werden kann – selbst wenn in Beobachtungen extrem große Volumina durchmustert und untersucht werden. Während man in Simulationen das modellierte Universum aus verschiedenen Blickwinkeln beobachten kann, um den korrekten statistischen Ensemble-Mittelwert zu ermitteln, ist dies für das reale Universum nicht ohne weiteres möglich. „Die MillenniumTNG-Simulationen sind so groß und enthalten so viele Galaxien – mehr als eine Milliarde in der größten Berechnung – dass es wirklich schwierig war, sie zu untersuchen“, sagt Monica Barrera. „Skripte, die für die Analyse kleinerer Simulationen gut funktionieren, brauchen für MillenniumTNG ewig.“

Analyse der kosmologischen Daten
Die Serie der ersten Ergebnisse der MillenniumTNG-Simulationen macht deutlich, dass die Berechnungen eine große Hilfe bei der Entwicklung besserer Strategien für die Analyse künftiger kosmologischer Daten sein werden. Der Leiter des Teams, Prof. Volker Springel vom MPA, führt an, dass „MillenniumTNG die jüngsten Fortschritte bei der Simulation der Galaxienentstehung mit dem Bereich der großräumigen kosmischen Struktur verbindet und eine verbesserte theoretische Modellierung ermöglicht, wie sich Galaxien mit dem Rückgrat der Dunklen Materie des Universums verbinden. Dies könnte sich als entscheidend für Fortschritte bei wichtigen Fragen in der Kosmologie erweisen, etwa wie die Masse von Neutrinos am besten mit Daten zur großräumigen Struktur eingeschränkt werden kann.“ Die MillenniumTNG-Simulationen lieferten mehr als 3 Petabyte an Simulationsdaten und bilden damit einen reichen Fundus für die weitere Forschung, die das Wissenschaftlerteam noch viele Jahre lang beschäftigen wird.

Wissenschaftliche Originalpublikationen:

• The MillenniumTNG Project: High-precision predictions for matter clustering and halo statistics
  C. Hernández-Aguayo, V. Springel, R. Pakmor, M. Barrera, F. Ferlito, S. D. M. White, L. Hernquist, B. Hadzhiyska, A. M. Delgado, R. Kannan, S. Bose, C. Frenk
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10059)
• The MillenniumTNG Project: The hydrodynamical full physics simulation and a first look at its galaxy clusters
  R. Pakmor, V. Springel, J. P. Coles, T. Guillet, C. Pfrommer, S. Bose, M. Barrera, A. M. Delgado, F. Ferlito, C. Frenk, B. Hadzhiyska, C. Hernández-Aguayo, L. Hernquist, R. Kannan, S. D. M. White
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10060)
• The MillenniumTNG Project: Semi-analytic galaxy formation models on the past lightcone
  M. Barrera, V. Springel, S. White, C. Hernández-Aguayo, L. Hernquist, C. Frenk, R. Pakmor, F. Ferlito, B. Hadzhiyska, A. M. Delgado, R. Kannan, S. Bose
  MNRAS, submitted (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10419)
• The MillenniumTNG Project: The galaxy population at z ≥ 8
  R. Kannan, V. Springel, L. Hernquist, R. Pakmor, A. M. Delgado, B. Hadzhiyska, C. Hernández-Aguayo, M. Barrera, F. Ferlito, S. Bose, S. D. M. White, C. Frenk, A. Smith, E. Garaldi
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10066)
• The MillenniumTNG Project: Refining the one-halo model of red and blue galaxies at different redshifts
  B. Hadzhiyska, L. Hernquist, D. Eisenstein, A. M. Delgado, S. Bose, R. Kannan, R. Pakmor, V. Springel, S. Contreras, M. Barrera, F. Ferlito, C. Hernández-Aguayo, S. D. M. White, C. Frenk
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10068)
• The MillenniumTNG Project: An improved two-halo model for the galaxy-halo connection of red and blue galaxies
  B. Hadzhiyska, D. Eisenstein, L. Hernquist, R. Pakmor, S. Bose, A. M. Delgado, S. Contreras, R. Kannan, S. D. M. White, V. Springel, C. Frenk, C. Hernández-Aguayo, F. Ferlito, M. Barrera
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10072)
• The MillenniumTNG Project: The large-scale clustering of galaxies
  S. Bose, B. Hadzhiyska, M. Barrera, A. M. Delgado, F. Ferlito, C. Frenk, C. Hernández-Aguayo, L. Hernquist, R. Kannan, R. Pakmor, V. Springel, S. D. M. White
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10065)
• The MillenniumTNG Project: Inferring cosmology from galaxy clustering with accelerated N-body scaling and subhalo abundance matching
  S. Contreras, R. E. Angulo, V. Springel, S. D. M. White, B. Hadzhiyska, L. Hernquist, R. Pakmor, R. Kannan, C. Hernández-Aguayo, M. Barrera, F. Ferlito, A. M. Delgado, S. Bose, C. Frenk
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2210.10075)
• The MillenniumTNG Project: Intrinsic alignments of galaxies and halos
  A. M. Delgado, B. Hadzhiyska, S. Bose, V. Springel, L. Hernquist, M. Barrera, R. Pakmor, F. Ferlito, R. Kannan, C. Hernández-Aguayo, S. D. M. White, C. Frenk
  MNRAS, July 2023 (preprint: https://arxiv.org/abs/2304.12346)
• The MillenniumTNG Project: The impact of baryons and massive neutrinos on high-resolution weak gravitational lensing convergence maps
  F. Ferlito, V. Springel, C. T. Davies, C. Hernández-Aguayo, R. Pakmor, M. Barrera, S. D. M. White, A. M. Delgado, B. Hadzhiyska, L. Hernquist, R. Kannan, S. Bose, C. Frenk
  MNRAS, submitted (preprint: https://arxiv.org/abs/2304.12338)

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• Die großräumige Struktur des Universums

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]]> https://www.raumfahrer.net/mps-supercomputer-liefern-neue-erkenntnisse-ueber-sonnenmagnetfeld/ Wed, 14 Jun 2023 21:23:00 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=127899 Neue Ergebnisse stellen das herkömmliche Verständnis der Sonnendynamik in Frage und könnten in Zukunft die Vorhersage des Weltraumwetters verbessern. Eine Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 14. Juni 2023. 14. Juni 2023 – In gewaltigen Ausbrüchen katapultiert die Sonne immer wieder Teilchen und Strahlung ins All. Auf der Erde kann dies Stromnetze […]

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]]> Neue Ergebnisse stellen das herkömmliche Verständnis der Sonnendynamik in Frage und könnten in Zukunft die Vorhersage des Weltraumwetters verbessern. Eine Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 14. Juni 2023.



14. Juni 2023 – In gewaltigen Ausbrüchen katapultiert die Sonne immer wieder Teilchen und Strahlung ins All. Auf der Erde kann dies Stromnetze lahmlegen oder Satelliten beschädigen. Verantwortlich für die Eruptionen ist das starke und dynamische Magnetfeld der Sonne. Wie dieses im Innern des Sterns erzeugt und verstärkt wird, ist noch nicht vollständig verstanden. Eine kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichte Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Aalto-Universität im finnischen Espoo beantwortet nun eine der grundlegenden Fragen zu diesem komplexen Prozess. Durch den Einsatz von Petascale-Supercomputern ist es dem Team gelungen, die magnetischen Bedingungen in der Sonne so realitätsnah abzubilden wie nie zuvor. Die Berechnungen bekräftigen, dass kleinskalige Strömungen des elektrisch leitfähigen Sonnenplasmas eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung des Magnetfelds spielen könnten.

Das Magnetfeld der Sonne entsteht durch einen Prozess, den Forschende als Dynamo bezeichnen. Darin generieren die solaren Plasmaströmungen zwei Effekte/Phänomene: den großskaligen Dynamo, der Magnetfelder auf Skalen vergleichbar mit der Größe der Sonne selbst erzeugt, und den kleinskaligen Dynamo, der für sehr viel feinere Magnetfeldstrukturen verantwortlich ist. Beide konnten bisher noch nicht vollständig am Computer simuliert werden. Tatsächlich ist es nicht einmal sicher, ob ein kleinskaliger Dynamo unter den in der Sonne herrschenden Bedingungen überhaupt existieren kann. Diese Ungewissheit zu beseitigen ist wichtig, denn ein solcher Dynamo hätte große Auswirkungen auf die gesamte Dynamik der Sonne.

In der neuen Studie sind Forschende des MPS und der Aalto-Universität nun genau dieser Frage nachgegangen: Kann unter sonnenähnlichen Bedingungen ein kleinskaliger Dynamo am Werk sein? Dafür führte das Team umfangreiche Computersimulationen auf Petascale-Supercomputern in Finnland und Deutschland durch.

„Mit einer der höchstauflösenden derzeit verfügbaren Computersimulationen haben wir die bisher realistischsten Bedingungen für die Modellierung dieses Dynamos geschaffen“, sagt Prof. Dr. Maarit Korpi-Lagg, Leiterin der MPS-Forschungsgruppe „Solare und Stellare Dynamos“ und außerordentliche Professorin an der Fakultät für Informatik der Aalto-Universität. „Wir haben nicht nur gezeigt, dass der kleinskalige Dynamo existiert, sondern auch, dass er umso plausibler wird, je mehr unser Modell der Sonne ähnelt“, fügt sie hinzu.

Einige frühere Studien deuteten darauf hin, dass der kleinskalige Dynamo unter den Bedingungen, die in Sternen wie der Sonne herrschen, möglicherweise nicht auftreten kann. Solche Sterne werden durch eine sehr niedrige magnetische Prandtl-Zahl beschrieben. In der Fluiddynamik und Plasmaphysik erlaubt es diese Größe zu vergleichen, wie schnell sich Schwankungen der Magnetfeldstärke und der Strömungsgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium ausgleichen. Das Forscherteam um Korpi-Lagg hat Turbulenzbedingungen mit beispiellos niedrigen Werten der magnetischen Prandtl-Zahl modelliert und festgestellt, dass entgegen den bisherigen Annahmen ein kleinskaliger Dynamo bei solch niedrigen Werten existieren kann.

„Dies ist ein wichtiger Schritt um zu verstehen, wie das Magnetfeld in der Sonne und anderen Sternen entsteht“, so Dr. Jörn Warnecke vom MPS, Erstautor der neuen Studie. „Die neuen Ergebnisse werden helfen, das Rätsel um die Entstehung von Teilchen- und Strahlungsausbrüchen auf der Sonne zu lösen. Dies ist entscheidend, um die Erde vor gefährlichem Weltraumwetter schützen zu können“, fügt er hinzu.

Die Forschergruppe weitet ihre Studie derzeit auf noch niedrigere und somit sonnenähnlichere Werte der magnetischen Prandtl-Zahl aus. In einem nächsten Schritt wollen die Forschenden zudem die Wechselwirkung des kleinskaligen Dynamos mit dem großskaligen Dynamo untersuchen. Dieser ist für den elfjährigen Zyklus der Sonne verantwortlich.

Originalveröffentlichung
Jörn Warnecke, Maarit J. Korpi-Lagg, Frederick A. Gent, & Matthias Rheinhardt: Numerical evidence for a small-scale dynamo approaching solar magnetic Prandtl numbers,
Nature Astronomy, 18. Mai 2023,
dx.doi.org/10.1038/s41550-023-01975-1,
https://www.nature.com/articles/s41550-023-01975-1,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41550-023-01975-1.pdf.

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• Unsere Sonne

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]]> https://www.raumfahrer.net/minister-unterstuetzen-kuehne-ambitionen-der-esa-fuer-die-raumfahrt-mit-historischem-mittelanstieg-um-17/ Wed, 23 Nov 2022 21:28:00 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=118821 Nach dem heutigen Beschluss, den Haushalt der ESA gegenüber der letzten Ministerratstagung 2019 um 17% zu erhöhen, stärkt Europa seine Eigenständigkeit, Führungsrolle und Nachhaltigkeit in der Raumfahrt. Eine Pressemitteilung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Quelle: ESA 23. November 2022. Auf der am 22. und 23. November in Paris abgehaltenen ESA-Ratstagung auf Ministerebene haben die Minister der […]

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]]> Nach dem heutigen Beschluss, den Haushalt der ESA gegenüber der letzten Ministerratstagung 2019 um 17% zu erhöhen, stärkt Europa seine Eigenständigkeit, Führungsrolle und Nachhaltigkeit in der Raumfahrt. Eine Pressemitteilung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).

Quelle: ESA 23. November 2022.



Auf der am 22. und 23. November in Paris abgehaltenen ESA-Ratstagung auf Ministerebene haben die Minister der ESA-Mitgliedstaaten, der assoziierten Mitglieder und der kooperierenden Staaten gemeinsam die Stärkung der Ambitionen Europas in der Raumfahrt beschlossen, wodurch kontinuierliche gemeinschaftliche Anstrengungen im Dienste der europäischen Bürger gewährleistet werden.

Die Minister bestätigten, dass ein eigenständiger Zugang Europas zum Weltraum unerlässlich ist, um den Nutzen der Raumfahrt für das Leben auf der Erde – einschließlich der Überwachung und Eindämmung des Klimawandels, sicherer Kommunikation und Navigation unter europäischer Kontrolle und rascher und resilienter Krisenbewältigung – sicherzustellen.

Mit seinem Engagement für die künftige Weltraumexploration hat sich Europa zudem verpflichtet, das wissenschaftliche Verständnis zu erweitern, sein Potenzial auszuschöpfen und seine Fähigkeiten über Generationen hinweg zu erhalten. Die ESA setzt sich für die Gewährleistung der Sicherheit grundlegender weltraumgestützter Dienste und eines verantwortungsvollen Managements der Erdumlaufbahn ein.

ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher: „In wirtschaftlichen Krisenzeiten ist es wichtig, mit Bedacht in Branchen zu investieren, die Arbeitsplätze und Wohlstand in Europa schaffen. Mit diesen Investitionen bauen wir ein Europa auf, dessen Raumfahrtagenda seine politische und künftige wirtschaftliche Stärke widerspiegelt. Wir fördern die Raumfahrt in Europa und läuten eine neue, von Ambitionen, Entschlossenheit, Stärke und Stolz geprägte Ära ein. Klima und Nachhaltigkeit sind hierbei auch weiterhin die höchste Priorität der ESA, unsere Wissenschaft und Exploration werden die nächste Generation inspirieren, und wir werden einen Ort schaffen, an dem europäische Raumfahrtunternehmen gedeihen.“

Robert Habeck, Bundesminister für Wirtschaft und Klimaschutz, erklärte als Vorsitzender des ESA-Rates auf Ministerebene: „Auf der heutigen ESA-Ratstagung auf Ministerebene haben wir gemeinsam mit allen Ministern der ESA-Mitgliedstaaten eine weitere Etappe zur Stärkung der europäischen Weltrauminfrastruktur erreicht, auf die sich alle Bürger täglich stützen und die von Klimaüberwachungssatelliten über Navigation bis zu Telekommunikation reicht.

Zudem haben wir eine Reihe wichtiger Vorhaben genehmigt, die unsere Umlaufbahnen schützen, junge Menschen inspirieren, kleinen und großen Unternehmen Erfolgschancen in Europa bieten und unseren Ruf als Hightech-Region, die für Talente attraktiv ist, weiter stärken. Durch gemeinsames Handeln können wir insbesondere in schwierigen Zeiten sicherstellen, dass Europa in Wissenschaft, Technologie und Nachhaltigkeit auch weiterhin führend bleibt.“

Klimapolitik bleibt hohe Priorität der ESA-Mitgliedstaaten
Die Minister kamen überein, dem Erdbeobachtungsprogramm der ESA 2,7 Mrd. Euro zuzuweisen. Dies umfasst Mittel für das weltweit führende Geowissenschafts-, Forschungs- und Entwicklungsprogramm der ESA, FutureEO, in dessen Rahmen Innovationen genutzt und bahnbrechende Missionen entwickelt sowie innovative Wege für den Einsatz von Erdbeobachtungsdaten gefördert werden.

Dabei haben sie sich zu Folgendem verpflichtet: dem weiteren Ausbau der Kontinuität der Weltraumkomponente des Copernicus-Programms auf der Grundlage neu ermittelten Bedarfs, der operationellen Mission „Aeolus-2″ zur Messung der globalen Windgeschwindigkeiten und Verbesserung der Wettervorhersage, der verstärkten Überwachung neuer essenzieller Klimavariablen und der Unterstützung von Klimaschutzmaßnahmen, der Initiative „InCubed-2″ zur Unterstützung der Kommerzialisierung in der Erdbeobachtungsindustrie, der Entwicklung eines digitalen Zwillings der Erde unter Nutzung von Hochleistungs- und Cloud-Computing oder künstlicher Intelligenz, der weiteren Entwicklung der Mission „TRUTHS“, mit der die gegenseitige Kalibrierung von Daten verschiedener Klimamissionen, die kritischen Modellen zugrunde liegen, sichergestellt wird, der Ausweitung der von Dritten finanzierten Erdbeobachtungsmissionen und der Sicherung grundlegender langfristiger Klimadaten.

Sie gaben grünes Licht für zwei ehrgeizige Missionen: die nächste ESA-Erdforschungsmission „Harmony„, die die Bereitstellung innovativer Daten zur Beantwortung kritischer Fragen im Zusammenhang mit Meeres-, Eis- und Landveränderungen verspricht, die sich unmittelbar auf die Risikoüberwachung, Wasser- und Energieressourcen, die Ernährungssicherheit und den Klimawandel auswirken, sowie die Gravitationsmission „MAGIC“ zur Beobachtung des Wasservolumens in Ozeanen, Eisschichten und Gletschern für ein besseres Verständnis der Veränderungen des Meeresspiegels sowie die Verbesserung des Wassermanagements.

Wissenschaft festigt weltweite Führungsrolle
Mit einem Haushalt von 3,2 Mrd. Euro für das Wissenschaftliche Programm führt die ESA die Missionen ihres Programms „Kosmische Vision“ durch und bereitet zugleich das neue Weltraumwissenschaftsprogramm „Voyage 2050″ vor, das die Vision der ESA auf dem Gebiet der Wissenschaft im Zeitraum 2035–2050 definiert. Die Mitgliedstaaten bestätigten die weltweit führende Rolle des Wissenschaftlichen Programms, räumten jedoch ein, dass die schwierige Wirtschaftslage das Potenzial für umfangreiche Mittelerhöhungen untergräbt.

Mit „JUICE“ und „Euclid“ sind zwei ehrgeizige Missionen, die Europas Führungsrolle und Zusammenarbeit verkörpern, im Jahr 2023 pünktlich zum Start bereit. „JUICE“ wird Jupiter und seine ozeanhaltigen Eismonde erforschen und untersuchen, wo sonst im Sonnensystem Leben entstanden sein könnte. Mit „Euclid“ wird ein Großteil des Universums kartiert, wobei Milliarden von Galaxien in über 10 Milliarden Jahren kosmischer Zeit beobachtet werden, um die Geheimnisse der rätselhaften Dunkelmaterie und dunklen Energie zu entschlüsseln, die zusammen 95 % des Universums ausmachen.

Mit den bereitgestellten Finanzmitteln wird die Entwicklung der weltweit führenden ESA-Missionen „Plato“ und „Ariel“ zur Untersuchung extrasolarer Planeten fortgesetzt, die 2026 bzw. 2029 gestartet werden sollen. Im Rahmen von „Ariel“ wird die neue schnelle ESA-Mission „Comet Interceptor“ gestartet, die drei Raumfahrzeuge umfasst und als erste Mission überhaupt zu einem völlig unberührten Kometen – einem interstellaren Gegenstand, dessen Reise in das innere Sonnensystem gerade erst begonnen hat – aufbrechen wird.

Stärkung des Explorationsprogramms der ESA und Bestätigung des Rovers „Rosalind Franklin„
Die Exploration des Weltraums bietet eine einzigartige Kombination aus bahnbrechender Wissenschaft, technologischer Innovation und Inspiration für die nächste Generation. Die Minister genehmigten 2,7 Mrd. Euro für die nächste Phase des neuen Weltraumexplorationsprogramms der ESA, „Terrae Novae“, das sich auf die drei Ziele niedrige Erdumlaufbahn, Mond und Mars konzentriert. „Terrae Novae“ stellt den Beginn von Europas Reise in das Sonnensystem mit Robotern als Wegbereiter und Kundschafter dar.

Die Minister beschlossen ferner, die europäische Beteiligung an der Internationalen Raumstation bis 2030 zu verlängern, wodurch ESA-Astronauten auch weiterhin die Möglichkeit haben, an Bord des europäischen Forschungslabors Columbus in der Erdumlaufbahn zu arbeiten.

Das nächste Ziel ist der Mond, wobei mit Europas großem Logistiklandegerät „Argonaut“ als wichtigstem neuen genehmigten Bestandteil in den 2030er Jahren regelmäßig wissenschaftliche Nutzlasten und Fracht zum Mond transportiert werden können. Die Minister kamen zudem überein, die Arbeiten am nächsten Los europäischer Versorgungsmodule einzuleiten. Mit diesen Bestandteilen wird Europas wesentliche Rolle beim Artemis-Programm gestärkt, wobei auch Flüge von drei ESA-Astronauten zum Lunar Gateway vorgesehen sind, und die Exploration der Mondoberfläche gefördert, wodurch die Möglichkeit für einen ESA-Astronauten eröffnet wird, einen Fuß auf die Mondoberfläche zu setzen. Die ESA wird die Arbeiten an ihren Bestandteilen für das Gateway fortsetzen und auch die Entwicklung internationaler Monddienste mit dem Satelliten „Lunar Pathfinder“ weiter unterstützen.

Mit Blick auf die Exploration des Mars und intensiver Unterstützung der Wissenschaftskreise wurde der Beschluss gefasst, ein europäisches Landegerät zu bauen, mit dem der Rover „Rosalind Franklin“ auf die Marsoberfläche gebracht werden soll, um zu untersuchen, ob in den alten Seen des Roten Planeten Spuren von Leben zu finden sind.

Für die Zusammenarbeit der ESA mit der NASA bei der Rückführung von Mars-Bodenproben wurde die nächste Etappe des kühnen Plans zur ersten Rückführung von Bodenproben von einem anderen Planeten bestätigt. Nach dem jüngsten Abschluss der Entwurfsarbeiten wird die vollständige Entwicklung des riesigen Rückflugorbiters und des komplexen Probentransferarms für das Landegerät zur Einholung von Bodenproben in Angriff genommen. Die ersten Mars-Bodenproben wurden vor kurzem vom Rover „Perseverance“ aufgenommen.

Stärkung von Konnektivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit aus dem Weltraum
Rund 1,9 Mrd. Euro wurden für die Verbesserung des Lebens auf der Erde durch eine ständig und überall verfügbare Konnektivität bereitgestellt. Der größte Teil wird für das ESA-Programm für fortgeschrittene Forschung zu Telekommunikationssystemen (ARTES) aufgewandt, mit dem Innovationen in der europäischen Raumfahrtindustrie gefördert werden sollen, um Unternehmen auf dem hart umkämpften Weltmarkt für Telekommunikationssatelliten und deren Anwendungen zum Erfolg zu verhelfen.

Der erste Schritt für die Errichtung eines Systems für sichere Konnektivität unter Federführung der EU wurde mit der Finanzierung eines neuen ESA-Programms getan. Nach festen Beitragszusagen in Höhe von 35 Mio. Euro für die erste Phase kann die ESA vorbereitende Tätigkeiten einleiten, die in der Entwicklung und Validierung einer europäischen Satellitenkonstellation für sichere Konnektivität münden werden. Die zweite Phase mit einem Mittelvolumen von 685 Mio. Euro soll 2023 bestätigt werden.

Weitere finanzierte Pläne umfassen das ESA-Programm Moonlight, mit dem private europäische Raumfahrtunternehmen durch die Errichtung einer Satellitenkonstellation in der Mondumlaufbahn dazu ermutigt werden sollen, Mondtelekommunikations- und -navigationsdienste anzubieten, sowie ein neues Programm für weltraumgestützte zivile Sicherheit, das schnelle und resiliente weltraumgestützte Maßnahmen für ein Krisenmanagement in Echtzeit im Dienste der europäischen Bürger umfasst.

Künftige Navigationstechnologien erhalten grünes Licht
Auf der Grundlage der von ihr bei der Entwicklung von Galileo und des Europäischen Geostationären Navigationsüberlagerungsdienstes für die Europäische Kommission gewonnenen Erfahrungen wird das Programm FutureNAV der ESA gestatten, künftigen Tendenzen und dem Bedarf der Satellitennavigation in den Bereichen Ortung, Navigation und Zeitgebung gerecht zu werden und Europa damit auch weiterhin eine Führungsrolle bei der Satellitennavigationstechnologie zu ermöglichen. Die nächsten Schritte umfassen eine orbitale Demonstration von Navigationssatelliten in niedriger Erdumlaufbahn sowie eine Einzelsatellitenmission mit der Bezeichnung „GENESIS“ zur Erzielung einer bislang unerreichten Vermessung der Erde und verbesserter Ortungsleistungen.

Das Budget für die Navigation ist somit auf 351 Mio. Euro gestiegen. Darüber hinaus wird das ESA-Programm für Innovationen und Unterstützung im Bereich der Navigation weiterhin die Entwicklung innovativer Ortungs-, Navigations- und Zeitgebungstechnologien und die Kommerzialisierung in Europa, dem größten und weiter stetig wachsenden nachgelagerten Raumfahrtmarkt, fördern.

Weltraumsicherheit für fortschrittliche Missionen und Technologien
Mit einem Haushalt von 731 Mio. Euro wird das Programm für Weltraumsicherheit seine Anstrengungen zum Schutz der Erde vor Gefahren aus dem Weltraum weiter verstärken können – mit „Vigil“ zur Überwachung der Sonnenaktivität, der Sonde „Hera“ zur detaillierten Untersuchung des Asteroiden Dimorphos nach einem Einschlag und der ersten Entfernung von Raumfahrtrückständen aus der Umlaufbahn, die für 2026 geplant ist.

Das Programm wird ferner einen wertvollen neuen Markt für die orbitale Wartung erschließen und Technologien zur Gewährleistung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft im Weltraum entwickeln.

Raumtransport wird solider und ökologisch nachhaltiger
Der ESA-Haushalt für den Raumtransport wurde auf 2,8 Mrd. Euro erhöht. Die ESA wird ihre Träger Ariane-6 und Vega-C weiter stärken, die Entwicklung des wiederverwendbaren „Space Rider“ abschließen, der mehr als zwei Monate in der niedrigen Erdumlaufbahn verbringen kann, bevor er zur Überholung zur Erde zurückkehrt, und ein System zur Gewinnung von grünem Wasserstoff zur Treibstoffversorgung der Ariane-Träger in Europas Raumflughafen in Französisch-Guayana entwickeln, wobei das Ziel ist, bis 2030 die Kohlenstoffe aus der Wasserstoffproduktion zu verbannen. Sie wird weiterhin kritische Technologien als Grundlage europäischer Kapazitäten ausreifen, gleichzeitig den Anforderungen in Bezug auf ökologische Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz gerecht werden und Vorbereitungstätigkeiten für den Aufbau bemannter Raumtransportkapazitäten in die Wege leiten. Ferner wird die ESA ihr Programm „Boost!“ ausbauen, das Raumfahrtunternehmen bei der kommerziellen Umsetzung ihrer Raumtransportvorhaben unterstützt.

Neudimensionierung der europäischen Technologien und Förderung der Kommerzialisierung
Der ESA-Haushalt für den Technologiebereich wurde auf 542 Mio. Euro aufgestockt. Die Minister haben die Inangriffnahme eines neuen ESA-Programms namens „ScaleUp“ zur Unterstützung der Kommerzialisierung der Raumfahrt und der Entwicklung des NewSpace-Sektors in Europa beschlossen. Die ESA wird mit europäischen Raumfahrtunternehmen zusammenarbeiten, um mithilfe der Bestandteile „Entwicklung“, „Herstellung“ und „Flug“ ihres Allgemeinen Programms für Begleitende Technologie (GSTP) neue Technologien auf ein für die Raumfahrt und den offenen Markt geeignetes Niveau zu bringen. Die ESA wird ihre unabhängige und zuverlässige Kapazität für den Start aller Arten von Missionen weiter ausbauen, indem sie in neue, von der europäischen Industrie entwickelte Multimissionsinfrastrukturen und Bodensegmentkapazitäten der nächsten Generation investiert.

Mit ihrem Scale-Up-Programm wird die ESA außerdem darauf hinarbeiten, Europa durch die Bereitstellung von Gründerzentren, Geschäfts-Acceleratoren sowie Diensten für den Transfer von geistigem Eigentum und Technologien an neue Unternehmen zu einem Drehkreuz für die Kommerzialisierung der Raumfahrt zu machen und gleichzeitig sicherzustellen, dass Geschäftsideen auf neuen Märkten Fuß fassen und private und institutionelle Investitionen anziehen.

Die vollständige Liste der auf der ESA-Ratstagung auf Ministerebene 2022 gefassten Beschlüsse einschließlich der genauen Höhe ihrer Finanzierung durch jeden Mitgliedstaat ist den folgenden Vorlagen zu entnehmen: Entschließung Nr. 1, Entschließung Nr. 2, Entschließung Nr. 4, Übersichten, Präsentation des Generaldirektors.

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• ESA Ministerratskonferenz 2022 Paris
• ESA

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]]> https://www.raumfahrer.net/gravitationswellen-kollision-mit-schlagseite/ Sat, 19 Nov 2022 08:59:59 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=118656 Ein Forschungsteam aus Jena und Turin (Italien) hat die Entstehung eines ungewöhnlichen Gravitationswellensignals rekonstruiert: Wie die Forschenden in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Nature Astronomy“ schreiben, kann das Signal GW190521 aus der Verschmelzung zweier schwerer Schwarzer Löcher resultieren, die sich gegenseitig mit ihrem Gravitationsfeld eingefangen haben und anschließend in schneller, exzentrischer Bewegung umeinander kollidierten. Eine […]

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]]> Ein Forschungsteam aus Jena und Turin (Italien) hat die Entstehung eines ungewöhnlichen Gravitationswellensignals rekonstruiert: Wie die Forschenden in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Nature Astronomy“ schreiben, kann das Signal GW190521 aus der Verschmelzung zweier schwerer Schwarzer Löcher resultieren, die sich gegenseitig mit ihrem Gravitationsfeld eingefangen haben und anschließend in schneller, exzentrischer Bewegung umeinander kollidierten. Eine Pressemitteilung der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena 18. November 2022.



18. November 2022 – Wenn Schwarze Löcher im Universum aufeinanderprallen, dann beben Raum und Zeit: Die bei der Verschmelzung freiwerdende Energiemenge ist so groß, dass sie die Raumzeit in Schwingung versetzt – ähnlich wie Wellen auf einer Wasseroberfläche. Diese Gravitationswellen breiten sich durch das gesamte Universum aus und lassen sich auch in Tausenden von Lichtjahren Entfernung noch messen – so wie am 21. Mai 2019, als die beiden Gravitationswellenobservatorien LIGO (USA) und Virgo (Italien) ein solches Signal einfingen. Das nach dem Datum seiner Entdeckung GW190521 benannte Gravitationswellenereignis hat seither in der Fachwelt für Gesprächsstoff gesorgt, da es sich von den zuvor gemessenen Signalen deutlich unterscheidet.

Das Signal war zunächst so interpretiert worden, dass es sich bei der Kollision um zwei Schwarze Löcher handelte, die sich auf nahezu kreisförmigen Bahnen umeinander bewegen. „Solche binären Systeme können durch eine Reihe astrophysikalischer Prozesse entstehen“, erklärt Prof. Dr. Sebastiano Bernuzzi, theoretischer Physiker von der Universität Jena. So seien die meisten von LIGO und Virgo entdeckten Schwarzen Löcher stellaren Ursprungs. „Das heißt, sie sind die Überreste von massereichen Sternen in Doppelsternsystemen“, so Bernuzzi weiter, der die aktuelle Studie leitete. Solche Schwarzen Löcher umrunden einander auf quasi kreisförmigen Bahnen, so wie es die ursprünglichen Sterne zuvor auch schon taten.



Ein Schwarzes Loch fängt ein zweites ein
„GW190521 verhält sich aber deutlich anders“, macht Rossella Gamba deutlich. Die Erstautorin der Publikation promoviert im Jenaer Graduiertenkolleg 2522 und gehört zu Bernuzzis Team. „Seine Morphologie und seine explosionsartige Struktur unterscheiden sich extrem von früheren Beobachtungen.“ Also machten sich Rossella Gamba und ihre Kollegen auf die Suche nach einer alternativen Erklärung für das außergewöhnliche Gravitationswellensignal. Mit einer Kombination aus modernsten analytischen Methoden und numerischen Simulationen auf Supercomputern berechneten sie unterschiedliche Modelle für die kosmische Kollision. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass diese statt auf einer quasi kreisförmigen auf einer stark exzentrischen Bahn erfolgt sein musste: Ein Schwarzes Loch bewegt sich dabei zunächst ungebunden in einer relativ dicht mit Materie gefüllten Umgebung und kann, sobald es in die Nähe eines anderen Schwarzen Loches gelangt, von dessen Gravitationsfeld „eingefangen“ werden. Auch dies führt zur Entstehung eines binären Systems, allerdings bewegen sich die beiden Schwarzen Löcher hier nicht kreisförmig, sondern exzentrisch, in taumelnden Bewegungen umeinander.

„Ein solches Szenario erklärt die Beobachtungen deutlich besser als jede andere bisher vorgestellte Hypothese. Die Wahrscheinlichkeit liegt bei 1:4300“, sagt Matteo Breschi, Doktorand und Koautor der Studie, der die Infrastruktur für die Analyse entwickelt hat. Und Postdoktorand Dr. Gregorio Carullo ergänzt: „Auch wenn wir derzeit noch nicht genau wissen, wie oft solche dynamischen Begegnungen von Schwarzen Löchern überhaupt vorkommen, rechnen wir nicht damit, dass sie häufig passieren.“ Das mache die aktuellen Ergebnisse umso spannender. Dennoch bedarf es noch weiterer Forschungsarbeit, um die Entstehungsprozesse von GW190521 zweifelsfrei aufzuklären.

Teamwork im Graduiertenkolleg
Für das aktuelle Projekt haben die Teams in Jena und Turin (im Rahmen des von der DFG geförderten Jenaer Graduiertenkollegs 2522 „Dynamics and Criticality in Quantum and Gravitational Systems”) einen allgemein-relativistischen Rahmen für die exzentrische Verschmelzung von Schwarzen Löchern entwickelt und die analytischen Vorhersagen mit Simulationen der Einsteinschen Gleichungen überprüft. Erstmals kamen bei der Analyse von Gravitationswellen-Beobachtungsdaten Modelle von dynamischen Begegnungen zum Einsatz.

Originalpublikation:
Gamba, R., Breschi, M., Carullo, G. et al.: GW190521 as a dynamical capture of two nonspinning black holes. Nat Astron (2022), doi.org/10.1038/s41550-022-01813-w, https://www.nature.com/articles/s41550-022-01813-w.

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• Gravitationswellen

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]]> https://www.raumfahrer.net/das-anomale-magnetische-moment-des-myons-ein-neues-raetsel-tut-sich-auf/ Fri, 21 Oct 2022 13:56:00 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=117272 Neue Berechnungen auf Basis fundamentaler Theorien weichen vom bisherigen Theoriewert ab. Eine Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) Mainz. Quelle: JGU 21. Oktober 2022. 21. Oktober 2022 – Das anomale magnetische Moment des Myons ist eine wichtige Präzisionsgröße, um das Standardmodell der Teilchenphysik zu testen. Im letzten Jahr sorgte eine neue Messung für Aufsehen, da sie […]

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]]> Neue Berechnungen auf Basis fundamentaler Theorien weichen vom bisherigen Theoriewert ab. Eine Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) Mainz.

Quelle: JGU 21. Oktober 2022.



21. Oktober 2022 – Das anomale magnetische Moment des Myons ist eine wichtige Präzisionsgröße, um das Standardmodell der Teilchenphysik zu testen. Im letzten Jahr sorgte eine neue Messung für Aufsehen, da sie eine beträchtliche Abweichung zur theoretischen Vorhersage bestätigte: Das anomale magnetische Moment ist größer als erwartet.

Die theoretische Vorhersage berechnen Physikerinnen und Physiker auf Basis des aktuell gültigen Standardmodells der Teilchenphysik. Im Jahr 2020 hatte sich die „Myon g-2 Theorie Initiative“ – ein Zusammenschluss von 130 Physikerinnen und Physiker mit starker Mainzer Beteiligung – auf einen Wert verständigt, der seither die Bezugsgröße ist. Nun haben mehrere Gruppen – darunter die Gruppe von Prof. Dr. Hartmut Wittig vom Mainzer Exzellenzcluster PRISMA+ – neue und präzisere Berechnungen des Beitrags der starken Wechselwirkung auf Basis von Gitter QCD-Rechnungen vorgelegt und veröffentlicht. Im Ergebnis scheint sich der theoretische Wert dem Experiment anzunähern. „Wenn die Lücke zwischen theoretischer Vorhersage und Experiment tatsächlich kleiner ausfallen sollte, wäre das immer noch eine deutliche Abweichung“, ordnet Hartmut Wittig das Ergebnis ein. „Zunächst müssen wir aber vor allem verstehen, warum verschiedene theoretische Ansätze unterschiedliche Ergebnisse liefern.“

Es gibt etwas Neues zu verstehen
Mit Ausnahme der Schwerkraft tragen alle fundamentalen Wechselwirkungen zum anomalen magnetischen Moment des Myons bei. Die starke Kraft, die zwischen den elementaren Bausteinen der Materie, den Quarks, wirkt und durch Gluonen als Austauschteilchen vermittelt wird, ist besonders wichtig, um das Standardmodell zu testen. Sie trägt unter anderem in Form der hadronischen Vakuumpolarisation (HVP), bei der Quark-Antiquark-Paare ständig für Sekundenbruchteile aus dem Vakuum entstehen und wieder verschwinden, zum Magnetismus des Myons bei. „Sie ist allerdings extrem komplex und die Unsicherheit der theoretischen Vorhersage wird daher von den Effekten der starken Wechselwirkung dominiert“, erklärt Hartmut Wittig. Da die gängigen Rechenmethoden entweder nicht anwendbar sind oder bisher nicht genau genug waren, wurde der Beitrag der hadronischen Vakuumpolarisation in dem aktuellen Konsenspapier unter Zuhilfenahme experimenteller Daten bestimmt, die an verschiedenen Beschleunigern gemessen wurden.

Idealerweise möchte man hadronische Beiträge wie die HVP auf Basis der fundamentalen Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) berechnen. Dieser Ansatz kommt vollkommen ohne experimentelle Daten aus, benötigt aber ein Rechenverfahren, das die starke Wechselwirkung mathematisch exakt bei niedrigen Energien beschreiben kann. Dazu greifen die Mainzer Wissenschaftler auf die Gitterfeldtheorie zurück. Ähnlich wie in einem Kristall verteilen sie die Quarks auf die Punkte eines Raum-Zeit-Gitters. Mit numerischen Simulationsverfahren lassen sich dann die hadronischen Beiträge zum anomalen magnetischen Moment des Myons mit Supercomputern berechnen.

„Noch bis vor wenigen Jahren waren Gitter-QCD-Rechnungen aufgrund der hohen technischen Herausforderungen nicht in der Lage, die hadronischen Beiträge mit der nötigen Genauigkeit zu berechnen. Inzwischen haben wir große Fortschritte erzielt und die Methode soweit verfeinert, dass sie hinsichtlich der Präzision mit dem Ansatz, der auf experimentelle Daten zurückgreift, mithalten kann“, sagt Hartmut Wittig. In dem nun veröffentlichten Artikel rechnen sie einen Teil der hadronischen Vakuumpolarisation aus, der sich hervorragend dazu eignet, die Konsistenz verschiedener Gitterrechnungen untereinander zu prüfen und mit dem Ergebnis der traditionellen Methode unter Zuhilfenahme experimenteller Daten zu vergleichen. „Da unser Ergebnis genauso präzise wie die klassische Methode ist, können wir sagen, dass Gitter QCD Rechnungen inzwischen ihre Feuertaufe bestanden haben. Das alleine ist ein enormer Erfolg. Zudem verdichten sich die Hinweise, dass die Berechnung auf Basis der QCD in der Tat mit den kürzlich vorgestellten Ergebnissen anderer Gruppen übereinstimmen.“

Doch zurück zum anomalen magnetischen Moment des Myons: „Durch die neuen Gitter-Rechnungen verdichten sich die Hinweise, dass der Wert der theoretischen Vorhersage dichter an den gemessenen Wert heranrücken könnte. Das hat in Fachkreisen für großes Aufsehen gesorgt“, berichtet Hartmut Wittig. „Der Fokus liegt nun vor allem auf der Frage warum unterschiedliche Rechenmethoden unterschiedliche Ergebnisse liefern. Aber auch die Abweichung zwischen Theorie und Experiment verschwindet mit den neuen Rechnungen ja nicht. Egal wie man es betrachtet: Wir kommen nicht um die Tatsache herum, dass es eine erklärungsbedürftige Diskrepanz beim anomalen magnetischen Moment des Myons gibt. Für uns gibt es da noch viel Neues zu verstehen.“

Veröffentlichung:
M. Cè, A.Gérardin, G. von Hippel, R. J. Hudspith, S. Kuberski , H. B. Meyer, K. Miura, D. Mohler , K. Ottnad, S. Paul, A. Risch, T. San José, H. Wittig, Window observable for the hadronic vacuum polarization contribution to the muon g-2 from lattice QCD, arXiv:2206.06582v1 [hep-lat], https://arxiv.org/abs/2206.06582, pdf: https://arxiv.org/pdf/2206.06582.

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• physikalische Grundlagenforschung

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]]> https://www.raumfahrer.net/uni-hamburg-25-millionen-euro-fuer-forschung-zu-neutronensternen/ Mon, 01 Aug 2022 13:49:00 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=113395 Der Europäische Forschungsrat fördert Prof. Dr. Stephan Rosswog im Rahmen eines ERC Advanced Grants mit 2,5 Millionen Euro. Der theoretische Astrophysiker erforscht in den kommenden fünf Jahren kollidierende Neutronensterne. Eine Pressemitteilung der Universität Hamburg. Quelle: Universität Hamburg 1. August 2022. 1. August 2022 – Neutronensterne entstehen, wenn Sterne bestimmter Masse das Ende ihres Lebenszyklus erreichen. […]

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]]> Der Europäische Forschungsrat fördert Prof. Dr. Stephan Rosswog im Rahmen eines ERC Advanced Grants mit 2,5 Millionen Euro. Der theoretische Astrophysiker erforscht in den kommenden fünf Jahren kollidierende Neutronensterne. Eine Pressemitteilung der Universität Hamburg.

Quelle: Universität Hamburg 1. August 2022.



1. August 2022 – Neutronensterne entstehen, wenn Sterne bestimmter Masse das Ende ihres Lebenszyklus erreichen. „Neutronensterne zeichnen sich durch extreme Materiedichten aus, die etwa fünfmal so hoch sind wie in einem Atomkern. Sie sind also quasi gigantische Atomkerne mit einem Radius von mehreren Kilometern“, sagt Prof. Dr. Stephan Rosswog, der zum 1. August 2022 einen Ruf an die Universität Hamburg angenommen hat. Im Rahmen des ERC Advanced Grants „Inspiration: From inspiral to kilonova“ wird er die Physik umeinanderkreisender und kollidierender Neutronensterne erforschen. Dazu modelliert er die Kollisionen mithilfe von Supercomputern und auf der Grundlage theoretischer Vorhersagen über die Eigenschaften von Neutronensternen.

Umeinanderkreisende Neutronensterne erzeugen durch ihre extreme Materiedichte sogenannte Gravitationswellen, also Schwingungen der Raum-Zeit. Daneben wird durch die Kollision ein Teil ihrer Materie ins All geworfen. Es entsteht elektromagnetische Strahlung in verschiedenen Frequenzbereichen. „Die Herausforderung ist, sowohl die Gravitationswellen als auch die elektromagnetische Strahlung in eine einzige Modellierung zu integrieren, denn sie basieren auf völlig verschiedenen physikalischen Prozessen. Bislang wurden das Umeinanderkreisen der Neutronensterne bis zur Kollision und die Strahlung in separaten Modellen berechnet“, erklärt Stephan Rosswog. „Inzwischen sind wir aber soweit, dass wir beides zusammen modellieren können.“



Durch einen Abgleich der theoretischen Modellierungen mit den Messdaten von Gravitationswellendetektoren und Teleskopen lassen sich theoretische Vorhersagen über Neutronensterne überprüfen. Ende der 1990er Jahren hat Stephan Rosswog gemeinsam mit Kollegen beispielsweise vorhergesagt, dass bei der Kollision von Neutronensternen schwere Elemente wie Gold, Platin oder Blei entstehen. Die darauf basierenden Modellierungen stimmen mit den tatsächlichen Messdaten überein.

„Neutronensterne sind auch ein Labor für die Relativitätstheorie“, sagt Rosswog. 2017, zwei Jahre nach der Messung des ersten Gravitationswellensignals, wurden erstmals Gravitationswellen aus der Kollision von zwei Neutronensternen gemessen. Im Zusammenspiel mit Daten von Teleskopen hat sich damals experimentell bestätigt, dass sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Damit wurde eine zentrale Vorhersage aus Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie belegt.

Der ERC Advanced Grant ist eines von fünf Programmen, mit denen der Europäische Forschungsrat Grundlagenforschung fördert. Die Advanced Grants richten sich an etablierte Spitzenforscherinnen und -forscher mit mehr als zehn Jahren Erfahrung in der Wissenschaft, die ihre Forschungsfelder maßgeblich prägen.

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• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

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]]> https://www.raumfahrer.net/neu-an-der-ude-rolf-kuiper-planeten-aus-dem-supercomputer/ Thu, 21 Jul 2022 19:44:45 +0000 https://www.raumfahrer.net/?p=112914 Das Modellieren astronomischer Objekte ist sein Ding: Dr. Rolf Kuiper, neuer Professor für Theoretische Physik mit dem Schwerpunkt Planetenforschung an der UDE-Fakultät für Physik, beschäftigt sich mit der Entstehung von Planeten, Sternen und Schwarzen Löchern. Eine Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen (UDE). Quelle: Universität Duisburg-Essen (UDE), Dr. Alexandra Nießen 20. Juli 2022. 20. Juli 2022 – […]

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]]> Das Modellieren astronomischer Objekte ist sein Ding: Dr. Rolf Kuiper, neuer Professor für Theoretische Physik mit dem Schwerpunkt Planetenforschung an der UDE-Fakultät für Physik, beschäftigt sich mit der Entstehung von Planeten, Sternen und Schwarzen Löchern. Eine Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen (UDE).

Quelle: Universität Duisburg-Essen (UDE), Dr. Alexandra Nießen 20. Juli 2022.



20. Juli 2022 – „Mich interessiert, wie das Klima von (frühen) Planeten-Atmosphären physikalisch entstehen konnte. Woraus bestanden sie chemisch? Und wie wechselwirken Jets mit ihrer Umgebung?“, skizziert Rolf Kuiper. Was haben Jets mit Planeten zu tun? „Nahezu gar nichts“, lacht der UDE-Professor. Sie bezeichnen in der Astronomie einen Gas-Strom und durchqueren das Universum über Lichtjahre.

An der UDE wird Rolf Kuiper unter anderem untersuchen, wie erdähnliche Gesteinsplaneten, Gasriesen und Schwarze Löcher entstanden sind. Dabei geht er bis in die frühen Zeiten unseres Universums zurück. „Wir modellieren physikalische Phänomene von der Wechselwirkung von Staubkörnern mit Winden und Strahlung bis hin zu an Masse zunehmenden astrophysikalischen Objekten. Darunter finden sich etwa Planeten, Sterne und Schwarze Löcher, die wir am Hochleistungsrechner modellieren“, so Kuiper. In der UDE-Physik kann er dazu mit dem Experimentellen Astrophysiker Prof. Dr. Gerhard Wurm und dem theoretischen Physiker und Heisenberg-Stipendiaten Dr. Eric Parteli kooperieren. Damit schärft er zugleich das UDE-Profil in diesem Bereich.

Rolf Kuiper studierte Physik von 2000 bis 2006 an der Universität Heidelberg. Dann forschte er bis 2010 am Max-Planck-Institut (MPI) für Astronomie, wo er 2009 promoviert wurde. Danach ging er in die USA ans Jet Propulsion Laboratory (Raketenantriebslabor) des California Institute of Technology (2011-2012); es baut und steuert für die NASA Raumsonden und Satelliten. Zurück in Deutschland arbeitete der Postdoktorand an den Universitäten Heidelberg (2012) und Tübingen (2013) sowie am MPI für Astronomie (2013/14). Von 2015 bis 2021 leitete er eine Emmy Noether Forschungsgruppe an der Uni Tübingen und von 2021-22 eine Heisenberg-Forschungsgruppe an der Uni Heidelberg.

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• Planetenentstehung

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]]> Der Strömungsforscher der Technischen Universität Ilmenau Professor Jörg Schumacher erhält für seine exzellente Spitzenforschung über Strömungsturbulenzen einen ERC Advanced Grant, die renommierteste Forschungsförderung der Europäischen Union. Eine Pressemitteilung der TU Ilmenau.

Quelle: TU Ilmenau 21. Juli 2022.



21. Juli 2022 – Mit der Förderung von 2,5 Millionen Euro für fünf Jahre kann der Forscher nun mit Hilfe von Super- und Quantencomputern Strömungen berechnen und analysieren, wie sie beispielsweise nahe der Sonnenoberfläche auftreten. Der verstärkte Einsatz von Künstlicher Intelligenz könnte in Zukunft zu verbesserten Modellen der Sonnenaktivität und zu präziseren Wetter- und Klimavorhersagen führen. Das MesoComp-Projekt startet voraussichtlich im Januar 2023.

Mesoskalenkonvektion ist das Schlagwort der Spitzenforschung von Prof. Jörg Schumacher, Leiter des Fachgebiets Strömungsmechanik an der TU Ilmenau und Fellow der American Physical Society. In der Meteorologie spricht man von einem mesoskaligen konvektiven System, wenn sich zum Beispiel Gewitter zu einem größeren Gewitterkomplex zusammenschließen, der mehrere Stunden lang existiert. Weil die Turbulenzen in der Atmosphäre scheinbar chaotisch sind und sich rasch verändern, ist es heute noch schwierig, solche gigantischen Wetterphänomene rasch und zuverlässig vorherzusagen. In globalen Zirkulations- und Klimamodellen, die die Langzeitentwicklung der gesamten Erdatmosphäre beschreiben, fallen diese Mesoskalenkonvektionsprozesse immer noch durch das grobe Rechengitternetz, mit dem Wissenschaftler unsere Erdkugel umspannt haben. In die globalen Zirkulations- und Klimamodelle werden sie, stark vereinfacht, als zusätzliche Wärmeströme eingebaut. Eben diese Modellierung der Prozesse möchte das Projekt MesoComp verbessern. Dazu müssen die Wissenschaftler aber erst die Ursache der scheinbar geordneten Strömungsmuster herausfinden.

Was in der Erdatmosphäre Gewittercluster oder Wolkenstraßen sind, sind nahe der Sonnenoberfläche sogenannte Granulen. Zusammengeschlossen bilden sie riesige, 30.000 Kilometer große Strömungszellen mit einer Lebensdauer von einem Tag. Am Rande solcher Supergranulen treten eruptionsartig dicke Bündel von Magnetfeldlinien aus dem Innern der Sonne in die Sonnencorona hervor. Bei Sonnenstürmen gelangen dann große Mengen energetischer Teilchen in den Sonnenwind in Richtung Erde und können dort große Schäden anrichten: Satelliten können zerstört und sogar ganze elektrische Stromnetze zum Zusammenbruch gebracht werden. Auch das Auftreten dieser Sonnenaktivitäten kann derzeit nicht zuverlässig vorhergesagt werden, da die Bildung der Supergranulen durch Mesoskalenkonvektion noch nicht verstanden ist.

Um schnellere und präzisere Vorhersagen über das Verhalten solcher Strömungsturbulenzen zu ermöglichen, bringt Prof. Jörg Schumacher Ordnung in das Chaos. Anhand numerischer Forschungsmodelle analysiert er mithilfe von Hochleistungsrechnern die, wie Fachleute sie nennen, „geordneten Konvektionsmuster“ Wolken und Granulen. Doch sind solche Modellierungen der Mesoskalenkonvektion immer noch die größte Quelle von Unsicherheiten für präzisere Prognosen der globalen Erderwärmung und folglich auch der Häufigkeit von Extremwetterlagen. Bei Rechenaufgaben der Dimension, die der Ilmenauer Wissenschaftler lösen will, stoßen selbst Hochleistungscomputer heutiger Zeit an ihre physikalischen Grenzen.

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen bietet der Strömungsforschung nun vollkommen neue Möglichkeiten, effektive Modellierungen nicht nur zu denken, sondern auch durchzuführen – und so ein ganz neues Verständnis grundlegender turbulenter Strömungen zu gewinnen. Komplexere Aufgaben in kürzerer Zeit zu bewältigen, als herkömmliche Rechencluster, das schaffen theoretisch die um ein Vielfaches leistungsfähigeren Quantencomputer. Für seine Forschungsarbeiten wird Prof. Schumacher auch den Quantencomputer verwenden, der von dem IT-Konzern IBM im baden-württembergischen Ehningen installiert wurde und vom Fraunhofer Kompetenznetzwerk Quantumcomputing betrieben wird – den laut IBM „leistungsstärksten Quantencomputer Europas“.



Der Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) unterstützt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Disziplinen, die sich bereits als führende Forscherinnen und Forscher etabliert haben und über eine anerkannte Erfolgsbilanz von Forschungsleistungen verfügen. Er wird, anders als die meisten sonstigen Forschungsförderungen, nicht an Forschergruppen, sondern an Einzelpersonen vergeben. ERC-Grants sind 100-prozentige Förderungen, die alles abdecken, was in einem Projekt anfällt: Personalkosten, Equipment, Verbrauchsmaterialien, Reisen, Publikationen, Unteraufträge usw. Der Strömungsforscher der TU Ilmenau Prof. Jörg Schumacher setzte sich mit seinem MesoComp-Projekt in einem zweistufigen Auswahlverfahren gegen über 1.700 Einreichungen aus der gesamten EU aus allen Wissenschaftsgebieten durch. Zur zweiten Stufe wurde nur ein Drittel der Einreichungen zugelassen, gefördert werden nun nur 253 Projekte – darunter das Projekt von Prof. Schumacher.

Ob die hohen Erwartungen in die neue Technologie Quantumcomputing erfüllt werden können, auch das will Professor Jörg Schumacher im MesoComp-Projekt klären. Denn obwohl die Computerchips schon unter minus 273 Grad Celsius gekühlt werden, um alle möglichen Rauscheffekte zu unterbinden, sind Quantencomputer noch sehr störanfällig. Doch der technische Fortschritt auf diesem Gebiet ist rasant. Allein die Bundesregierung investiert in den kommenden Jahren mehr als zwei Milliarden Euro in diese Zukunftstechnologie. Prof. Schumacher ist zuversichtlich, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz datengetriebene Modelle der Mesoskalenkonvektion zu entwickeln, die präzisere und schnellere Vorhersagen ermöglichen werden: „Werden in zehn Jahren Klimamodellierungen auf Quantencomputern laufen? Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und die damit zusammenhängende Forschung ist riskant. Aber ich würde es nicht versuchen, wenn ich nicht daran glauben würde.“

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• Unsere Sonne

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]]> Studie der Uni Bonn: Beobachtungen stimmen schlecht mit dem Standardmodell der Kosmologie überein. Eine Pressemitteilung der Universität Bonn.

Quelle: Universität Bonn.



4. Februar 2022 – Das Standardmodell der Kosmologie beschreibt, wie das Weltall nach Ansicht der meisten Physikerinnen und Physiker entstanden ist. Forschende der Universität Bonn haben nun auf seiner Basis die Entwicklung der Galaxien untersucht. Dabei sind sie auf erhebliche Abweichungen zu tatsächlichen Beobachtungen gestoßen. An der Studie waren auch die Universität von St. Andrews in Schottland sowie die Karls-Universität in Tschechien beteiligt. Die Ergebnisse sind jetzt im Astrophysical Journal erschienen.

Die meisten Galaxien, die von der Erde aus sichtbar sind, ähneln einer flachen Scheibe mit verdicktem Zentrum. Sie gleichen also in etwa dem Sportgerät eines Diskuswerfers. Laut Standardmodell der Kosmologie sollten solche Scheiben aber eher selten entstehen. Denn ihm zufolge ist jede Galaxie von einer Art Heiligenschein aus dunkler Materie umgeben. Dieser Halo ist unsichtbar, übt jedoch aufgrund seiner Masse eine starke Anziehungskraft auf Galaxien in der Umgebung aus. „Daher kommt es immer wieder dazu, dass Galaxien miteinander verschmelzen“, erklärt Prof. Dr. Pavel Kroupa vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn.

Dieser Crash bewirke zweierlei, erläutert der Physiker: „Zum Einen durchdringen sich die Galaxien dabei, wodurch die Scheiben-Form zerstört wird. Zum Zweiten verringert sich durch ihn der Drehimpuls der durch die Fusion entstandenen neuen Galaxie.“ Vereinfacht gesagt, nimmt dadurch ihre Rotationsgeschwindigkeit stark ab. Die Drehbewegung sorgt normalerweise dafür, dass sich durch die dabei wirkenden Fliehkräfte eine neue Scheibe formiert. Ist der Drehimpuls dazu zu schwach, passiert das jedoch nur sehr langsam oder unterbleibt ganz.

Große Diskrepanz zwischen Vorhersage und Realität
In der aktuellen Studie hat Kroupas Doktorand Moritz Haslbauer eine internationale Forschungsgruppe geleitet, um den Werdegang des Universums anhand der aktuellsten Superrechner-Simulationen zu untersuchen. Die Berechnungen basieren auf dem Standardmodell; sie zeigen, welche Galaxien sich bis heute hätten bilden müssen, sollte diese Theorie korrekt sein. Ihre Ergebnisse verglichen die Forscher dann mit den momentan wohl genauesten Beobachtungsdaten des von der Erde sichtbaren Universums.

„Dabei sind wir auf eine erhebliche Diskrepanz zwischen Vorhersage und Realität gestoßen“, sagt Haslbauer: „Es gibt augenscheinlich deutlich mehr flache Scheibengalaxien, als sich durch die Theorie erklären lässt.“ Allerdings ist die Auflösung von Simulationen auch auf heutigen Supercomputern begrenzt. Es kann daher sein, dass die Zahl der Scheibengalaxien, die im kosmologischen Standardmodell entstehen würden, unterschätzt wurde. „Selbst wenn wir diesen Effekt berücksichtigen, bleibt aber ein gravierender Unterschied zwischen Theorie und Beobachtung“, betont Haslbauer.

Anders sieht es bei einer Alternative zum Standardmodell aus, die ohne Dunkle Materie auskommt. Nach der sogenannten MOND-Theorie (das Kürzel steht für „Theorie der MilgrOmscheN Dynamik) wachsen Galaxien nicht, indem sie miteinander verschmelzen. Stattdessen entstehen sie aus rotierenden Gaswolken, die sich mehr und mehr verdichten. Auch in einem MOND-Universum werden Galaxien immer größer, indem sie Gas aus der Umgebung aufnehmen. Fusionen ausgewachsener Galaxien wie im Standardmodell sind aber selten. „Unsere Bonn-Prag-Forschungsgruppe hat die weltweit einzigartige Fähigkeit aufgebaut, diese Alternative ebenfalls durchzurechnen“, sagt Kroupa, der auch Mitglied in den Transdisziplinären Forschungsbereichen „Modelling“ und „Matter“ der Universität Bonn ist. „Die Vorhersagen von MOND entsprechen dem, was wir tatsächlich sehen.“

Herausforderung für das Standardmodell
Allerdings sind die genauen Mechanismen des Galaxien-Wachstums auch bei MOND noch nicht vollständig verstanden. Zudem haben in MOND die Newton’schen Gravitationsgesetze unter bestimmten Umständen keine Gültigkeit, sondern müssen abgeändert werden. Das hätte weitreichende Konsequenzen auch für andere Bereiche der Physik. „Dennoch löst die MOND-Theorie alle bekannten extragalaktisch-kosmologischen Probleme“, sagt Dr. Indranil Banik, der maßgeblich an diesen Untersuchungen beteiligt war. „Unsere Studie belegt, dass junge Physikerinnen und Physiker auch heute noch die Chance haben, bedeutende Beiträge zur fundamentalen Physik zu leisten“, ergänzt Kroupa.

Publikation:
Moritz Haslbauer, Indranil Banik, Pavel Kroupa, Nils Wittenburg und Behnam Javanmardi: The high fraction of thin disk galaxies continues to challenge ΛCDM cosmology; Astrophysical Journal; DOI: 10.3847/1538-4357/ac46ac;
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac46ac
https://arxiv.org/abs/2202.01221

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• Galaxien – Entstehung und Entwicklung

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