Entwicklung des Magellanschen Systems

Wechselwirkende Galaxien zu verstehen, zählt zu den Kernproblemen der modernen Astrophysik. Eng verknüpft mit der kosmologischen Strukturbildung beinhalten Galaxienwechselwirkungen und das damit verbundene hierarchische Verschmelzen von Galaxien Fragen nach der großräumigen Dynamik, der Verteilung der Dunklen Materie sowie verschiedene Aspekte der baryonischen Physik (wie Sternentstehung, Rückwirkung der Sterne auf die Galaxienentwicklung oder die Physik eines Mehrphasen-Interstellaren Mediums, ISM). Nahe Vorbeigänge von Galaxien stellen ein ideales Labor dar, um diese Prozesse im Detail zu studieren. In Verbindung mit numerischen Simulationen erlauben sie ein tieferes Verständnis der extragalaktischen Physik; darüber hinaus stellen sie eine herausragende Testmöglichkeit für den aktuellen Stand der theoretisch/numerischen Modellierung dar. Das Magellansche System - bestehend aus zwei Zwerggalaxien, der Großen Magellanschen Wolke (LMC) und der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC), sowie ausgedehnten, hauptsächlich aus Gas gebildeten Strukturen um diese herum (den sog. Magellanschen Strom, die Zwischenregion sowie den leading arm) - bildet ein solches ideales Testlabor: LMC und SMC sind die uns nächsten, individuell wohl definierten Galaxien. Ihre Nähe gestattet in vielen Wellenlängenbereichen einen räumlich hoch aufgelösten Blick, der für andere Galaxien (abgesehen von unserer eigenen Milchstrasse) nicht verfügbar ist. Diese Beobachtungen geben uns Informationen bezüglich der Kinematik, der Sternentstehungsgeschichte, der chemischen Entwicklung sowie des interstellaren Mediums des Magellanschen Systems. Eigenbewegungsmessungen, die durch die bald beginnende europäische GAIA-Mission weiter präzisiert werden, liefern zudem starke Randbedingungen für ihre Bahnbewegung. Obwohl also eine Vielzahl an Informationen verfügbar ist, sind immer noch viele Fragen bezüglich des Magellanschen Systems offen, etwa nach der Bahnentwicklung der Wolken (sind sie aneinander oder an die Milchstrasse gravitativ gebunden?), nach der Ursache des Magellanschen Stroms (gravitative Gezeitenkräfte oder Staudruck im Halo der Milchstrasse oder andere Prozesse?), dem Alter der HI-Strukturen, der Ursache der unterschiedlichen Sternbildungsgeschichte der LMC und der SMC oder der Dunklen Materie in ihnen. In unserem Projekt haben wir das ambitionierte Ziel, ein state-of-the-art-Modell für das Magellansche System zu entwickeln. Im ersten Teilprojekt (PostDoc) wollen wir die Dynamik und die grossskaligen Eigenschaften der Magellanschen Wolken durch einen detaillierten Vergleich mit Beobachtungsdaten (hauptsächlich HI) untersuchen. Aufgrund der hohen Rechenzeitanforderungen (ausgedehnter Parameterraum; aufwändige N-Körper/Gasdynamik- Simulationen) verfolgen wir einen zweistufigen Ansatz: Im ersten Schritt wollen wir unsere auf einem genetischen Algorithmus (GA) basierende Analyse des Parameterraums um eine realistischere Beschreibung der physikalischen Prozesse, insbesondere mit Fokus auf Staudruck und Dunkle Materie in LMC/SMC, erweitern. Diese Modelle werden auf einem schnellen Näherungsverfahren basieren. In einem zweiten Schritt untersuchen und verfeinern wir dann die bevorzugten Modelle mit detaillierten N-Körper/Gasdynamik-Rechnungen. Physikalisch sind diese sehr rechenintensiven Modelle den GA-Modellen überlegen, da sie etwa die Stellardynamik (z.B. die sog. dynamische Reibung) oder den Staudruck selbst-konsistent beinhalten. Im zweiten Teilprojekt (PhD) steht die Entwicklung des interstellaren Mediums und die Sternbildung in den Magellanschen Wolken im Vordergrund. Die diesbezüglichen Rechnungen werden mit einem vom Antragsteller entwickelten Programm durchgeführt. Dieses Programm beinhaltet ein Mehrphasen-ISM sowie Sternentstehung und stellare Rückkopplung. Hier wollen wir uns mit der Verteilung der verschiedenen ISM-Komponenten, der Sternentstehungsgeschichte der Magellanschen Wolken, ihrer Beziehung zur Bahnbewegung sowie der Entwicklung der chemischen Elemente im Magellanschen System befassen. Ausgangspunkt werden Referenzmodelle aus der Literatur sowie die in unserer GA-Analyse jüngst publizierten Modellklassen sein. Im Verlauf des Projekts werden wir die aus dem ersten Teilprojekt resultierenden Modelle genauer betrachten.

Wechselwirkende Galaxien zu verstehen, zählt zu den Kernproblemen der modernen Astrophysik. Eng verknüpft mit der kosmologischen Strukturbildung beinhalten Galaxienwechselwirkungen und das damit verbundene hierarchische Verschmelzen von Galaxien Fragen nach der großräumigen Dynamik, der Verteilung der Dunklen Materie sowie verschiedene Aspekte der baryonischen Physik (wie Sternentstehung, Rückwirkung der Sterne auf die Galaxienentwicklung oder die Physik eines Mehrphasen-Interstellaren Mediums, ISM). Nahe Vorbeigänge von Galaxien stellen ein ideales Labor dar, um diese Prozesse im Detail zu studieren. In Verbindung mit numerischen Simulationen erlauben sie ein tieferes Verständnis der extragalaktischen Physik; darüber hinaus stellen sie eine herausragende Testmöglichkeit für den aktuellen Stand der theoretisch/numerischen Modellierung dar. Das Magellansche System - bestehend aus zwei Zwerggalaxien, der Großen Magellanschen Wolke (LMC) und der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC), sowie ausgedehnten, hauptsächlich aus Gas gebildeten Strukturen um diese herum (den sog. Magellanschen Strom, die Zwischenregion sowie den leading arm) - bildet ein solches ideales Testlabor: LMC und SMC sind die uns nächsten, individuell wohl definierten Galaxien. Ihre Nähe gestattet in vielen Wellenlängenbereichen einen räumlich hoch aufgelösten Blick, der für andere Galaxien (abgesehen von unserer eigenen Milchstrasse) nicht verfügbar ist. Diese Beobachtungen geben uns Informationen bezüglich der Kinematik, der Sternentstehungsgeschichte, der chemischen Entwicklung sowie des interstellaren Mediums des Magellanschen Systems. Eigenbewegungsmessungen, die durch die bald beginnende europäische GAIA-Mission weiter präzisiert werden, liefern zudem starke Randbedingungen für ihre Bahnbewegung. Obwohl also eine Vielzahl an Informationen verfügbar ist, sind immer noch viele Fragen bezüglich des Magellanschen Systems offen, etwa nach der Bahnentwicklung der Wolken (sind sie aneinander oder an die Milchstrasse gravitativ gebunden?), nach der Ursache des Magellanschen Stroms (gravitative Gezeitenkräfte oder Staudruck im Halo der Milchstrasse oder andere Prozesse?), dem Alter der HI-Strukturen, der Ursache der unterschiedlichen Sternbildungsgeschichte der LMC und der SMC oder der Dunklen Materie in ihnen. In unserem Projekt haben wir das ambitionierte Ziel, ein state-of-the-art-Modell für das Magellansche System zu entwickeln. Im ersten Teilprojekt (PostDoc) wollen wir die Dynamik und die grossskaligen Eigenschaften der Magellanschen Wolken durch einen detaillierten Vergleich mit Beobachtungsdaten (hauptsächlich HI) untersuchen. Aufgrund der hohen Rechenzeitanforderungen (ausgedehnter Parameterraum; aufwändige N-Körper/Gasdynamik- Simulationen) verfolgen wir einen zweistufigen Ansatz: Im ersten Schritt wollen wir unsere auf einem genetischen Algorithmus (GA) basierende Analyse des Parameterraums um eine realistischere Beschreibung der physikalischen Prozesse, insbesondere mit Fokus auf Staudruck und Dunkle Materie in LMC/SMC, erweitern. Diese Modelle werden auf einem schnellen Näherungsverfahren basieren. In einem zweiten Schritt untersuchen und verfeinern wir dann die bevorzugten Modelle mit detaillierten N-Körper/Gasdynamik-Rechnungen. Physikalisch sind diese sehr rechenintensiven Modelle den GA-Modellen überlegen, da sie etwa die Stellardynamik (z.B. die sog. dynamische Reibung) oder den Staudruck selbst-konsistent beinhalten. Im zweiten Teilprojekt (PhD) steht die Entwicklung des interstellaren Mediums und die Sternbildung in den Magellanschen Wolken im Vordergrund. Die diesbezüglichen Rechnungen werden mit einem vom Antragsteller entwickelten Programm durchgeführt. Dieses Programm beinhaltet ein Mehrphasen-ISM sowie Sternentstehung und stellare Rückkopplung. Hier wollen wir uns mit der Verteilung der verschiedenen ISM-Komponenten, der Sternentstehungsgeschichte der Magellanschen Wolken, ihrer Beziehung zur Bahnbewegung sowie der Entwicklung der chemischen Elemente im Magellanschen System befassen. Ausgangspunkt werden Referenzmodelle aus der Literatur sowie die in unserer GA-Analyse jüngst publizierten Modellklassen sein. Im Verlauf des Projekts werden wir die aus dem ersten Teilprojekt resultierenden Modelle genauer betrachten.