Verständnis moderner radioastronomischer Beobachtungen durch fortgeschrittene numerische Simulationen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Büchner
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431893099

Moderne radioastronomische ermöglichen eine beispiellose Zeitauflösung und Empfindlichkeit wie, z.B., OCSCARS und ALMA. Die Qualität der neuen Instrumente werden es erstmals erlauben die der Strahlung zugrundeliegenden Plasmaprozesse quantitativ einzuschränken. Um die neuen Beobachtungen nutzen zu können werden aber auch neue quantitative Modelle der astrophysikalischen Plasma- Wellenemissions- und –Ausbreitungsprozesse benötigt. Die benötigten neuen Modelle sollten die gesamte Prozesskette von den Energiequellen bis zur Vorhersage der auf der Erde zu empfangenden Signale umfassen. Es müssen also zunächst die makroskopischen Energiequellen beschrieben werden, dann die Energieübertragung zu kinetischen Skalen sowie die Strahlungsprozesse, direkte und solche, die Plasma-Instabilitäten voraussetzen. Diese Emissionen müssen dann für die gesamten emittierenden Volumina ermittelt werden, es muss ihre Ausbreitung berücksichtigt werden ebenso wie der Einfluss der Antennen und Detektoren bei ihrem Empfang auf der Erde. Wir planen, alle Teile dieser Prozesskette zu betrachten von der Freisetzung magnetischer Energie bis zur Emission kohärenter Radiowellen. Wir konzentrieren uns einerseits auf Sonneneruptionen, für die die genauesten Informationen verfügbar sind, um unsere Theorien einzuschränken, sowie andererseits auf kohärente Radio-Emissionen von Pulsaren und ALMA Beobachtungsergebnisse. Die vollständige Behandlung aller Aspekte dieser Prozesskette erfordert Kapazitäten und Erfahrungen die über die Möglichkeiten einer einzelnen Forschergruppe hinausgehen. Wir planen daher eine enge Zusammenarbeit zwischen zwei Gruppen mit sich gegenseitig ergänzender Expertise: Auf deutscher Seite die Forschungsgruppe SMART. Sie setzt die Arbeit der TSSSP-Gruppe des MPS Göttingen jetzt an der TU Berlin fort, mit ihrer langjährigen Erfahrung in Kinetik Hybrid- Vlasov- PIC-Code HPC-Plasma- sowie MHD-Simulationen in enger Zusammenarbeit mit den Astrophysikern des Zentrums für Astronomie und Astrophysik der TU Berlin. Und auf tschechischer Seite die Radioastronomie-Gruppe des Astronomisches Instituts der Tschechischen Akademie der Wissenschaften Ondrejov, die sich mit Multi-Skalen MHD-Simulationen befasst, notwendig ist für die Modellierung der Quellen und die Gesamtberechnung der Emissionen, sowie mit ihren beträchtlichen Erfahrungen in der Analyse von Radio- und Millimeterwellen einschließlich der Entwicklung und Nutzung eigener Instrumente sowie von ALMA. Diese Gruppe betreibt auch einen kompletten Knoten des europäischen regionalen ALMA-Zentrums. Durch die Kombination der Kompetenzen beider Gruppen können wir alle notwendigen Werkzeuge entwickeln und einsetzen, um die neuen Beobachtungsmöglichkeiten der kohärenten Radioemissionen durch Sonneneruptionen und von Pulsaren bestmöglich zu nutzen unter Einsatz modernster numerischer Simulationsmethoden zur Entwicklung quantitativ auswertbarer Modelle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Dieter Breitschwerdt
• Kooperationspartner: Dr. Miroslav Barta