Baryonische Materie im Universum: Von Galaxienhaufen bis hin zu Galaxien

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Dolag, seit 1/2021
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415510302

Galaxienhaufen sind die größten, gravitativ gebundenen und relaxierten Systeme im Universum. Ihre Zusammensetzung und Entwicklung sind sehr eng mit der des Universums gekoppelt und erlauben daher die Entstehung der großskaligen Strukturen im Universum ausführlichst zu ergründen. Tatsächlich spielen in Galaxienhaufen viele der physikalischen Prozesse zusammen, welche die generelle Entwicklung der Baryonen, der Galaxien und auch deren Wechselwirkung dominieren. Beobachtungen in Bereich von Röntgenstrahlung (X-rays) der thermischen Emission des heißen, diffusen Gases (ICM), welches innerhalb des Potentials von Galaxienhaufen gebunden ist, liefern wertvolle Einblicke über den Umfang, die chemische Zusammensetzung, den dynamischen Zustand und dessen Entwicklung und viele weitere, globale thermische Eigenschaften. Es wird erwartet, dass bevorstehende X-ray Missionen - dank ihrer bisher nicht dagewesenen spektralen Auflösung (z.B. Athena) oder aufgrund ihrer großen räumlichen Abdeckung des Himmels (z.B. eRosita) - neue und wertvolle Einsichten über den Zustand dieses diffusen Mediums liefern werden, welche es erlauben für eine große Anzahl von Galaxienhaufen deren Entwicklung bis hin zu deren Entstehung zu studieren. Um die neue Generation von Beobachtungsdaten zu interpretieren ist es nötig, diese mit den Ergebnissen von fortschrittlichen, numerischen Simulationen - welche eine Großzahl von physikalischen Prozessen abbilden können - zu vergleichen. Hierfür sind virtuelle Beobachtungen der Ergebnisse der Simulationen nötig. In diesem Rahmen werden wir moderne, kosmologische, hydrodynamische Simulationen von Galaxienhaufen und Galaxien durchführen und analysieren. Insbesondere werden wir hierfür so genannte "constrained" Simulationen von wohl bekannten Galaxienhaufen in unserem lokalem Universum verwenden, deren Ergebnisse direkt mit Beobachtungen derer echten Gegenstücken verglichen werden können. Dies wird uns erlauben, neuartige Studien der großskaligen Strukturen, Galaxienhaufen und Galaxien in bisher unerreichter Präzision durchzuführen. Dabei planen wir speziell die Interaktion zwischen Galaxien und dem ICM (i.A. der Quelle des chemo-energetischem Eintrags in das ICM) sowie die Dynamik des heißen Gases und ihres Zusammenhangs mit den globalen Eigenschaften, der Masse des Galaxienhaufens sowie der erwarteten Röntgenemission (den Observablen) zu studieren und diese Studien auch auf isolierte Galaxien zu erweitern. Hierzu werden wir erstmals alle beobachtbaren Größen durch die systematische Anwendung von X-ray Teleskopsimulatoren (i.A. PHOX) auf die Simulationen bestimmen. Dadurch werden die Daten aus den numerischen Simulationen genauso wie die aus aktuellen (und zukünftigen) astronomischen Instrumenten (i.A. Chandra,eRosita,Athena) behandelt und erlauben daher besonders genaue und detaillierte Vergleiche, die uns neue Einblicke in die Dynamik und die Entwicklung dieser kosmologischen Strukturen und der involvierten physikalischen Prozesse erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefano Borgani
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Veronica Biffi, bis 12/2020