Die Physik des interstellaren Staubs in nahen Galaxien

• Antragsteller: Dr. Marcus Albrecht
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263087833

Interstellarer Staub spielt eine entscheidende Rolle im interstellaren Medium (ISM) von Galaxien. Staubteilchen stellen einen wichtigen Bestandteil in der Dynamik, Chemie, Heizung, Kühlung und im Ionisationsgleichgewicht dar. Staub prägt die spektrale Energieverteilung des ISM durch Schwächung und Rötung der optischen und ultravioletten Strahlung neu gebildeter Sterne und des ionisierten Gases, und durch Abstrahlung der absorbierten Energie im infraroten, ferninfraroten und submm/mm-Bereich des Spektrums. Trotz seiner Bedeutung ist ein genaues Verständnis der Staubphysik immer noch durch offene Fragen erschwert: (1) Im submm/mm-Wellenlängenbereich wird eine zusätzliche Strahlungskomponente neben den Anteilen des kalten Staubs, der frei-frei- und Synchrotronstrahlung beobachtet, die sich hauptsächlich in metallarmen Galaxien zeigt. Verschiedene Theorien wurden zur Erklärung dieser sogenannten Exzessstrahlung vorschlagen, aber bisher ist ihr Ursprung ungeklärt. (2) Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) dominieren die Aufheizung von Gas durch den photoelektrischen Effekt, liefern große Flächen für chemische Reaktionen und stellen effiziente Vermittler für den Ladungsaustausch dar. Der Lebenzyklus von PAKs, d.h. ihre Entstehung, Entwicklung und Zerstörung, ist bisher nicht eindeutig geklärt. Verschiedene Entstehungsmechanismen in den kohlenstoffreichen Atmosphären entwickelter Sterne, in dichten Molekülwolken oder durch die Umwandlung großer Staubkörner werden diskutiert. (3) Die Relation des Verhältnisses von Staub zu Gas und der Metallizität bietet ein wichtiges Mittel zur Untersuchung von Staubentwicklungsmodellen und des Entwicklungszustands von Galaxien. Dennoch zeigt das Verhältnis eine große Streuung bei einer gegebenen Metallizität, was darauf hindeutet, dass Metallizität nicht der einzig bestimmende Faktor ist und dass weitere Effekte wie Variationen in der Sternentstehungsgeschichte, Staubeigenschaften und die Effizienz der Zerstörung von Staub eine Rolle spielen. Die Zielsetzung dieses Projekts ist eine systematische, räumlich aufgelöste Analyse der Staubeigenschaften in nahen Galaxien und ihrer Beziehungen zu den lokalen Bedingungen des ISM. Dazu werden unsere neuen als auch archivierte Karten im submm/mm Spektralbereich in Verbindung mit den vielfältig vorhandenen Daten bei anderen Wellenlängen verglichen. Unsere Beobachtungen der Feinstrukturübergänge von neutralem Kohlenstoff dienen dabei als zusätzlicher Indikator für molekulares Gas in Verbindung mit Beobachtungen von CO. Neueste statische Methoden aus dem Bereich des Data Mining werden benutzt, um die Staubphysik in einem komplexen ISM zu untersuchen. Das Projekt umfasst die Erstellung einer öffentlich zugänglichen Datenbank und die Entwicklung von Software, die statistische Methoden zur Analyse sowohl von Beobachtungen räumlich aufgelöster Galaxien als auch der entsprechenden Simulationen anderer Projekte im Schwerpunktprogramm zur Verfügung stellt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1573: Physics of the Interstellar Medium