SFA I: Galaxienentstehung
Das galaktische Zentrum im Radiolicht, beobachtet vom MeerKAT-Teleskop.
Credit: Photo: Ian Heywood (Oxford U.), SARAO; Color Processing: Juan Carlos Munoz-Mateos (ESO)Galaxien sind von riesigen Reservoiren heißen Gases umgeben, aus denen kühlere Wolken kondensieren und auf die Galaxie „herabregnen“, wo sie die Entstehung neuer Sterne speisen – ein Prozess, der der Regenbildung in der Erdatmosphäre verblüffend ähnelt. Diese Wolken sind viel zu klein, um in kosmologischen Simulationen direkt erfasst zu werden. Dieses Projekt greift den am AIP entwickelten, ausgereiften Mehr-Fluid-Ansatz auf, bei dem heißes und kaltes Gas als getrennte, miteinander wechselwirkende Fluide behandelt werden, erweitert ihn um die Modellierung von Gaskondensation und wendet ihn auf großräumige Galaxiensimulationen an. Als besonderes Highlight wird derselbe Computercode anschließend in umgekehrter Richtung eingesetzt: um die reale Wolken- und Regenbildung in der Erdatmosphäre zu simulieren. Das Projekt ist multiskalig, weil es Wolkenphysik auf Skalen im Bereich von Lichtjahren mit Galaxienumgebungen von Millionen Lichtjahren verbindet – über sechs Größenordnungen –, und interdisziplinär, weil Astrophysik, Atmosphärenforschung und angewandte Mathematik gemeinsam ein Rahmenwerk für beide Felder entwickeln.
Der größte Teil der gewöhnlichen Materie einer Galaxie steckt nicht in ihren Sternen, sondern in einem riesigen, fast unsichtbaren Gashalo um sie herum – dem zirkumgalaktischen Medium. Astronom:innen untersuchen es, indem sie analysieren, wie es das Licht ferner heller Objekte absorbiert, das hindurchscheint. Simulationen deuten darauf hin, dass dieses Gas nicht glatt ist: Große Wolken „zersplittern“ fortwährend in unzählige winzige Fragmente, ähnlich wie Nebel auf der Erde entsteht. Die Strukturen reichen von der Größe unseres Sonnensystems bis zu Hunderttausenden Lichtjahren – neun Größenordnungen. Dieses Projekt nutzt hochaufgelöste magnetohydrodynamische Simulationen, um zu bestimmen, wie diese Kleinststrukturen die beobachteten Absorptionssignale prägen – und was uns Teleskope wirklich darüber verraten, wie Galaxien zu ihrem Gas kommen. Es ist multiskalig durch die Natur des zersplitternden Gases selbst und interdisziplinär als Brücke zwischen Computersimulation, Plasmaphysik und beobachtender Astronomie.