Forscher wollen verstehen, wie Regionen des „kosmischen Netzes“ das Verhalten von Galaxien beeinflussen

30. Januar 2024 (Nanowerk-Neuigkeiten) Forscher der University of Kansas hoffen, die komplizierten Mechanismen hinter der Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen, die sich im Laufe ihrer Lebensdauer durch ein „kosmisches Netz“ verschiedener Umgebungen bewegen. Gregory Rudnick, Professor für Physik und Astronomie an der KU, leitet ein Team, das kürzlich ein Stipendium in Höhe von 375,000 US-Dollar von der National Science Foundation erhalten hat, um den „Gasgehalt und die Sternentstehungseigenschaften von Galaxien“ zu untersuchen, die sich je nachdem, wohin sie sich bewegen, verändern Kosmos. „Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Transformation von Galaxien zu verstehen“, sagte Rudnick. „Im Universum sind Galaxien in einer ungleichmäßigen Verteilung verteilt, die durch unterschiedliche Dichten gekennzeichnet ist. Diese Galaxien gruppieren sich zu großen Clustern, die Hunderte bis Tausende von Galaxien umfassen, sowie zu kleineren Gruppen, die aus Dutzenden bis Hunderten von Galaxien bestehen.“ Darüber hinaus können Galaxien Teil länglicher Filamentstrukturen sein oder sich in einem isolierten Zustand in Regionen des Universums mit geringerer Dichte befinden, sagte er. Eine Computersimulation, wie das Gas und die Sterne in einem Galaxienhaufen aussehen, und zeigt, wie Galaxienhaufen in ein kosmisches Filamentnetz eingebettet sind. In den Farbbildern repräsentieren Intensität und Farbe des Bildes die Dichte und Temperatur des Gases. Diese Abbildungen zeigen aufeinanderfolgende Zooms auf eine Galaxie, die in einem Filament eingebettet ist. Von oben rechts gegen den Uhrzeigersinn zeigen die Maßstabsbalken Längen von 3.3 Millionen Lichtjahren, 3.3 Millionen Lichtjahren, 330 Lichtjahren, 33 Lichtjahren. Das Bild unten rechts zeigt die Sterne in den Galaxien in diesem simulierten Cluster, wobei der Maßstabsbalken 330 Lichtjahren entspricht. Das WISESize-Programm wird Beobachtungen verwenden, um die räumliche Verteilung von Gas und Sternen in Galaxien zu messen, während sie sich durch das kosmische Netz bewegen, das das nahe Universum durchdringt. Durch den Vergleich mit Simulationen wie den hier gezeigten können Rudnick und seine Mitarbeiter bestimmen, wie das kosmische Netz Galaxien verändert. (Bild: Yannick Bahé) Frühere Bemühungen konzentrierten sich hauptsächlich auf den Vergleich von Galaxien in Clustern und Gruppen mit denen in den Regionen mit der niedrigsten Dichte des Universums, dem sogenannten „Feld“. Diese Studien vernachlässigten die Filamentstraße, die die dichtesten Regionen verbindet. Rudnicks Team wird den gesamten dynamischen Dichtebereich im Universum berücksichtigen und sich dabei darauf konzentrieren, wie Galaxien in Filamenten auf die Umgebung reagieren, die sie in Richtung galaktischer Gruppen und in Galaxienhaufen leiten und so die Entwicklung von Galaxien auf ihrem Weg verändern. „Galaxien folgen einem Weg in diese Filamente und erleben zum ersten Mal eine dichte Umgebung, bevor sie sich zu Gruppen und Clustern entwickeln“, sagte Rudnick. „Die Untersuchung von Galaxien in Filamenten ermöglicht es uns, die ersten Begegnungen von Galaxien mit dichter Umgebung zu untersuchen. Die Mehrzahl der Galaxien, die in die „städtischen Zentren“ von Galaxienhaufen gelangen, geschieht über diese „Autobahnen“, wobei nur eine kleine Anzahl ländliche Routen nutzt, die sie in die Galaxienhaufen und Gruppen bringen, ohne viel mit ihrer Umgebung zu interagieren. Während Filamente mit Autobahnen zwischen Bundesstaaten vergleichbar sind, ähneln diese weniger befahrenen Routen in dicht besiedelte Regionen der Analogie zum Fahren auf Landstraßen in Kansas, um an die Stadtgrenzen zu gelangen. Galaxien können in Filamenten existieren oder in Gruppen vorliegen, die sich wie Perlen auf einer Schnur in Filamenten befinden. Tatsächlich existieren die meisten Galaxien im Universum in Gruppen. Daher werden wir mit unserer Studie gleichzeitig Erkenntnisse sowohl über den Beginn von Umwelteinflüssen auf Galaxien als auch darüber gewinnen, wie sich Galaxien in den Regionen verhalten, in denen sie am häufigsten vorkommen: Filamente und Gruppen.“ Ein Hauptschwerpunkt der Untersuchung wird sein, wie die Bedingungen innerhalb dieser Filamente, Felder, Gruppen und Cluster von Galaxien den „Baryonenzyklus“ von Gasen innerhalb und um Galaxien verändern. Jede kosmische Nachbarschaft verändert das Verhalten des Gases in und um Galaxien und kann sogar Auswirkungen auf das dichteste molekulare Gas haben, aus dem Sterne entstehen. Störungen dieses Baryonenzyklus können daher die Produktion neuer Sterne entweder fördern oder behindern. Kürzlich nannte ein Bundesbericht der astronomischen Gemeinschaft zur Festlegung astronomischer Forschungsziele für die 2020er Jahre – die Astro2020 Decadal-Umfrage – das Verständnis des Baryonenzyklus ein zentrales wissenschaftliches Thema für das kommende Jahrzehnt. „Der Raum zwischen Galaxien enthält Gas. Tatsächlich befinden sich die meisten Atome im Universum in diesem Gas, und dieses Gas kann sich auf den Galaxien ansammeln“, sagte Rudnick. „Dieses intergalaktische Gas wandelt sich in Sterne um, obwohl die Effizienz dieses Prozesses relativ gering ist und nur ein kleiner Prozentsatz zur Sternentstehung beiträgt.“ Der Großteil wird in Form von starken Winden ausgestoßen. Einige dieser Winde treten in den Weltraum aus, sogenannte Ausflüsse, während andere recycelt werden und zurückkehren. Dieser kontinuierliche Zyklus aus Akkretion, Recycling und Abflüssen wird als Baryonenzyklus bezeichnet. Galaxien können als Baryonenverarbeitungsmaschinen betrachtet werden, die Gas aus dem intergalaktischen Medium ansaugen und einen Teil davon in Sterne umwandeln. Sterne wiederum werden zur Supernova und produzieren schwerere Elemente. Ein Teil des Gases wird in den Weltraum geblasen und bildet eine galaktische Fontäne, die schließlich in die Galaxie zurückfällt.“ Rudnick sagte jedoch, dass Galaxien, wenn sie auf eine dichte Umgebung treffen, einem Druck ausgesetzt sein können, der durch ihren Durchgang durch das umgebende Gas verursacht wird, und dieser Druck kann wiederum den Baryonenzyklus stören, indem entweder aktiv Gas aus der Galaxie entfernt wird oder die Galaxie ihrer Zukunft beraubt wird Gas Versorgung. Tatsächlich kann es in den Zentren von Galaxien vorkommen, dass ihre Sternentstehungskraft erlischt, wenn ihnen die Gasversorgung entzogen wird. „Die Störung beeinflusst die Aufnahme und den Ausstoß von Gas durch Galaxien und führt zu Veränderungen in ihren Sternentstehungsprozessen“, sagte er. „Während es zu einem vorübergehenden Anstieg der Sternentstehung kommen kann, führt dies in fast allen Fällen schließlich zu einem Rückgang der Sternentstehung.“ Zu Rudnicks Mitarbeitern an der KU gehören Doktoranden wie Kim Conger, deren Arbeit bei der Ausarbeitung des Förderantrags mitgewirkt hat, sowie Forscher im Grundstudium. Seine Co-Primärforscherin Rose Finn, Professorin für Physik und Astronomie am Siena College, wird ebenfalls Studenten beschäftigen und ausbilden. Die Forscher werden astronomische Datensätze wie DESI Legacy Survey, WISE und GALEX-Bildgebung von rund 14,000 Galaxien verwenden. Weitere neue Beobachtungen werden vom Personal an beiden Standorten mit dem 0.7-m-Planewave-Teleskop von Siena durchgeführt, um neue Bilder von Galaxien zu erhalten, die mit einem benutzerdefinierten Filter ausgestattet sind, der über das Stipendium erworben werden kann.  

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64545.php