Forschungsgruppe zu kosmischen Jets geht in die Verlängerung

Im Zentrum beinahe jeder großen Galaxie verbirgt sich ein supermassereiches Schwarzes Loch – ein Objekt mit einer millionen- bis milliardenfachen Masse unserer Sonne. Während diese kosmischen Giganten für ihre unvorstellbare Anziehungskraft bekannt sind, können sie unter bestimmten Bedingungen Materie nicht nur verschlingen, sondern auch in Form von gewaltigen Plasmaströmen wieder ins All schleudern.

Diese als „relativistische Jets“ bekannten Phänomene sind gebündelte Ströme aus hochenergetischen Teilchen, die mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs schießen. Sie strahlen über das gesamte elektromagnetische Spektrum hinweg und können eine Ausdehnung erreichen, die weit über die ihrer Heimatgalaxie hinausreicht. „Die Erforschung dieser Jets ist von fundamentaler Bedeutung, da sie tiefgreifende Fragen der Astrophysik und Kosmologie berührt“, sagt Prof. Dr. Matthias Kadler, Universität Würzburg und Sprecher der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Forschungsgruppe „Relativistische Jets in Aktiven Galaxien“.

Unter dem Dach des Forschungsnetzwerks sind zahlreiche, auf diesem Gebiet führende Forschungseinrichtungen aus Deutschland sowie Europäische Partnergruppen versammelt. So auch Forschende des Leibniz Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP), die sich mit der spannenden Frage auseinandersetzen, wie diese Jets Galaxien und Galaxienhaufen in ihrem Wachstum beeinflussen.

Seit gut vier Jahren arbeitet das Netzwerk daran, das Wissen über diese Jets zu vertiefen – und das mit Erfolg: Jetzt hat die DFG die Arbeit der Forschungsgruppe für weitere vier Jahre verlängert. Sie stellt dafür rund 4,75 Millionen Euro zur Verfügung. „Die Verlängerung ist ein Zeichen der Anerkennung für die hervorragende wissenschaftliche Arbeit unserer Forschungsgruppe und unterstreicht die besondere Bedeutung des Forschungsthemas sowie die kosmologischen Auswirkungen der Rückkopplung durch akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher in Galaxien“, merkt Prof. Dr. Christoph Pfrommer an, Mitglied der Forschungsgruppe und Leiter der Abteilung Kosmologie und Hochenergie-Astrophysik am AIP.

In den vergangenen vier Jahren haben die Mitglieder der Forschungsgruppe signifikante Fortschritte bei der Beantwortung zahlreicher Fragen rund um das Wesen von Jets erzielt. So waren sie beispielsweise an den bahnbrechenden Beobachtungen des Event Horizon Telescope (EHT) beteiligt. Diese führten zu den weltweit ersten Blicken auf supermassereiche Schwarze Löcher und den damit verbundenen „Startrampen“ der kosmischen Jets.

Mit dieser Arbeit ist die Gruppe allerdings noch nicht am Ende – ganz im Gegenteil: „Unsere bisherigen Erfolge haben den Weg für neue, spannende Forschung eröffnet – etwa dazu, wie Jets Turbulenzen und damit verbundene Heizprozesse in Galaxienhaufen auslösen und wie diese Mechanismen mit den neuesten Radio- und Röntgenbeobachtungen in Beziehung stehen“, sagt Christoph Pfrommer. Er sei deshalb zuversichtlich, dass die Gruppe auch in den kommenden Jahren neue und spannende Details über Jets herausfinden wird.

Drei zentrale Ziele verfolgen die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler:

1. Den Ursprung von Jets verstehen: Wie genau entstehen diese Jets direkt am Rande von Schwarzen Löchern und was verleiht ihnen ihre enorme Energie und präzise Ausrichtung?
2. Jet-Zusammensetzung und Strahlung analysieren: Woraus bestehen diese Jets und welche physikalischen Prozesse lassen sie so extrem hell leuchten – von Radiowellen bis hin zur hochenergetischen Gamma- und Teilchenstrahlung?
3. Den Einfluss von Jets auf das Universum bewerten: Wie prägen diese Plasmastrahlen die Entwicklung ganzer Galaxien und Galaxienhaufen, indem sie beispielsweise die Sternentstehung regulieren und ihre Umgebung aufheizen?

Für die kommende Förderperiode hat sich das Team neue Schwerpunkte gesetzt, die die Grenzen des bisher Bekannten verschieben sollen:

• Neutrino-Astronomie: Die Forschenden wollen den Zusammenhang zwischen Jets und hochenergetischen Neutrinos untersuchen.
• Kosmologische Entwicklung: Ein besonderer Fokus liegt auf der Rolle von Jets im frühen Universum. Aufgrund ihrer extremen Helligkeit dienen Jets als einzigartige Leuchtfeuer, um die Entwicklung von Galaxien und Schwarzen Löchern über Milliarden von Jahren nachzuvollziehen.
• Neue und verbesserte Teleskope: Die Forschungsgruppe bringt sich schlagkräftig ein in die Entwicklung und Verbesserung modernster Teleskope wie etwa des Bayerischen Wetterstein Millimeter Teleskops, der Europäischen Forschungsinfrastrukturen Low Frequency Array (LOFAR) und Cherenkov Telescope Array (CTA) oder des weltweiten Global Millimetre VLBI Array (GMVA).

Ein deutschlandweites Expertennetzwerk

Die Forschungsgruppe bündelt die Expertise aus verschiedenen Bereichen der Astrophysik – von der theoretischen Modellierung über Computersimulationen bis hin zu Beobachtungen mit den weltbesten Teleskopen. Die Forschungsgruppe wird von der JMU Würzburg koordiniert. Gemeinsam mit einer Arbeitsgruppe der Universität Hamburg erforscht die Gruppe am AIP, auf welche Weise Jets die Entwicklung ganzer Galaxien und Galaxienhaufen steuern – etwa durch die Kontrolle der Sternentstehung und die Heizprozesse ihrer Umgebung. Zu den weiteren geförderten Institutionen des Netzwerks gehören die Universitäten Erlangen-Nürnberg, und Heidelberg, die Max-Planck-Institute für Radioastronomie in Bonn und für Astronomie in Heidelberg, und das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) in Zeuthen. International sind die Open University in Großbritannien, das IA-FORTH in Griechenland und die Universität Valencia eng in die Forschungen eingebunden.

DFG-Forschungsgruppen

DFG-Forschungsgruppen sind ein zentrales Instrument der deutschen Forschungsförderung. Sie ermöglichen die Zusammenarbeit von führenden Forschenden, um gemeinsam eine komplexe wissenschaftliche Aufgabe zu bearbeiten. Die Förderung soll dabei helfen, für eine mittelfristige, enge Kooperation die notwendige personelle und materielle Ausstattung bereitzustellen.