Magnetfeldverstärkung und Star-Bursts in verschmelzenden Galaxien

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Wolfram Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 361293442

Das geplante Projekt befasst sich mit der Entwicklung von Magnetfeldern, der Sternentstehungsaktivität sowie dem molekularen Gas in verschmelzenden Galaxien unter Verwendung von numerischen Simulationen. Sowohl theoretische Studien als auch astronomische Beobachtungen verdeutlichen die besondere Rolle von Verschmelzungen für die Entwicklung von Galaxien. Darüber hinaus gibt es klare Hinweise auf die Verstärkung galaktischer Magnetfeldern während einer Verschmelzung. Ausgehend von vorläufigen Simulationen adiabatischer Gasscheiben ohne Halos aus dunkler Materie, wird ein wesentlich detaillierteres Modell von Galaxienverschmelzungen vorgeschlagen. Dies soll erreicht werden, indem erstens Halos mittels Teilchen modelliert, zweitens Modelle für die Turbulenz, die Sternentstehung sowie Supernovaexplosionen auf numerisch nicht aufgelösten Skalen miteinbezogen und drittens chemische Reaktionen, insbesondere die Bildung von molekularem Wasserstoff, wesentlich genauer berechnet werden. Dazu wird der magnetohydrodynamische Code Enzo mit adaptiver Gitterverfeinerung im Zusammenspiel mit einem neuartigen Subgrid-Modell für magnetohydrodynamische Turbulenz und dem astrochemischen Programmpaket KROME eingesetzt werden. Letzteres wird im Vergleich zu früheren Galaxiensimulationen für eine genauere Beschreibung der Bildung des molekularen Wasserstoffs sorgen. Des Weiteren wird ein dynamisches Modell der Sternentstehung zur Anwendung kommen, das nicht mehr von einem festen, durch die beobachtete Kennicutt-Schmidt-Relation für isolierte Galaxien festgelegten, Effizienzparameter Gebrauch macht. Dieser Ansatz wurde erfolgreich in Simulationen isolierter Scheibengalaxien ohne Magnetfelder zur Anwendung gebracht. Es wurde gezeigt, dass das Modell in diesem Fall die korrekte Sternentstehungseffizienz liefert. Mit dem hier vorgeschlagenen Projekt soll das Modell auf den magnetohydrodynamischen Fall übertragen und an Hand von isolierten Scheibengalaxien getestet werden, bevor es schließlich in Simulationen von Galaxienverschmelzungen angewendet wird. Die umrissenen Methoden sollen bei der Klärung des Einflusses verschiedener Produktionsmechanismen von Turbulenz auf die Verstärkung von Magnetfeldern (im Wesentlichen durch Instabilitäten oder stellare Rückwirkungsprozesse), deren Abhängigkeit von Parametern wie der relativen Orientierung der Scheiben und des Impaktparameters, sowie des Zusammenhanges zwischen Sternentstehung und dem molekularen Gasinhalt während einer Verschmelzung helfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Robi Stefan Banerjee; Stefano Bovino, Ph.D.
• Kooperationspartner: Dr. Philipp Grete; Professor Dr. Dominik R.G. Schleicher