Forschung

 

Kosmische Magnetfelder

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Bild: ESA/ATG Medialab

Der Forschungsbereich „Kosmische Magnetfelder“ widmet sich der Untersuchung solarer, stellarer und galaktischer Magnetfelder sowie den magnetohydrodynamischen (MHD) Mechanismen, welche sie erzeugen. In den meisten kosmischen Objekten sind es Magnetfelder, die den nicht-thermischen Energieausstoß verursachen, insbesondere bei der Sonne und anderen Sternen. Das Magnetfeld in der Atmosphäre eines Sternes ist auch die Ursache für spektrale Aktivitäten, die wiederum Stern-Planeten-Interaktionen bestimmen. Stellare und planetare Magnetfelder schirmen die hochenergetische kosmische Strahlung ab und sichern so die Entstehung und Entwicklung von Zivilisationen wie der unsrigen. Trotzdem gehören kosmische Magnetfelder noch immer zu den am wenigsten erforschten Rätseln dieses Universums.

Ziel der Forschung am AIP ist das Verständnis der komplexen Zusammenspiele zwischen der Struktur der Materie, der Geometrie und Stärke von Magnetfeldern sowie deren Rückkoppelung. Vergleichbare Anstrengungen werden auch zur Untersuchung planetarer und galaktischer Magnetfelder unternommen. Diese Thematiken werden dabei durch die „solar-stellar connection“ miteinander verbunden und fokussiert. Zum Einsatz kommen Supercomputer für MHD-Simulationen sowie Großteleskope wie das LBT und das VLT als auch kleinere robotische Teleskope wie STELLA für hochauflösende Spektroskopie und Spektralpolarimetrie. Die Hauptprojekte sind STELLA und PEPSI, das Sonnenteleskop GREGOR und sein Fabry-Perot Interferometer GFPI, die „Radiosonne“ mit LOFAR, der Imager des STIX Instruments für Solar Orbiter, der HIRES Spektrograph für das ESO ELT (mit Polarimeter), sowie die bodengebundene Unterstützung der ESA Mission PLATO mit dem Projekt BMK10k in Chile.

 

Extragalaktische Astrophysik

Spiralgalaxie
Bild: ESO

Galaxien sind fundamentale Bausteine unseres Kosmos. Auf großen Skalen dienen sie als Marker, um die Masseverteilung im Kosmos auszuloten. Hierbei spielen die aktiven Galaxien und Quasare eine besondere Rolle. Nähere Objekte lassen sich räumlich auflösen und in Populationen verschiedener Kinematik, Sternentstehungsgeschichte und chemischen Häufigkeiten zerlegen. Hierbei kommt insbesondere die Methode der 3D-Spektroskopie zum tragen, einer der Stützpfeiler im Technologie-Programm des Instituts. In unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft sowie in unserer Milchstraße können Galaxien in Einzelsterne aufgelöst werden. Da die Sternpopulationen die chemischen und kinematischen Bedingungen zum Zeitpunkt ihrer Bildung konservieren, lässt sich die Entstehungsgeschichte dieser Galaxien in erstaunlichem Detail rekonstruieren – die Galaxie wird zum kosmologischen Labor.

Diese recht neue Forschungsrichtung ist auch unter dem Namen „galaktische Archäologie“ oder „Nahfeld-Kosmologie“ bekannt. Hochauflösende numerische Simulationen verbinden die verschiedenen Aspekte der extragalaktischen Forschung und bilden den zugrunde liegenden theoretischen Rahmen.

 

Entwicklung von Forschungstechnologie und -infrastruktur

Personen mit Schutzhelm in einer großen Halle arbeiten an Teleskoprückseite
Bild: AIP/A. Saviauk

Die Größe des Kosmos und der darin gefundenen Objekte erlauben es nicht, die Interaktion dieser Objekte im Labor nachzustellen oder physikalische Experimente mit diesen astrophysikalischen Objekten durchzuführen. Die Beobachtung mit immer besseren Instrumenten ist die einzige Möglichkeit, physikalische Eigenschaften von kosmischen Objekten zu verifizieren. Astrophysiker beobachten mit einer kleinen Zahl von sehr großen Teleskopen. Diese befinden sich in Gebieten mit optimalen atmosphärischen Bedingungen in Arizona, Chile oder im Weltraum. Um ihre Beobachtungsinstrumente zu verbessern erweitert die Astrophysik beständig die Grenzen des technisch Machbaren. Zusätzlich werden heute die leistungsfähigsten Großrechner für Simulationen zum Testen von astrophysikalischen Theorien und für die Interpretation von Beobachtungen herangezogen.

Auf Grund der Komplexität astrophysikalischer Systeme werden auch hier höchste Ansprüche gestellt und Astrophysiker sind seit Jahrzehnten unter den anspruchvollsten Nutzern nationaler und internationaler Höchstleistungsrechner.

Letzte Aktualisierung: 22. Februar 2021