Max-Planck-Institut für Astrophysik

Max-Planck holt zwölf Synergy Grants und liegt damit im ERC-Ranking auf Platz eins

Ein Gedankenexperiment untersucht, was passieren würde, wenn ein winziges primordiales Schwarzes Loch im Zentrum der Sonne säße

Die Ausstellung „Universe on Tour“ bietet Gelegenheit zum Dialog über Astronomie

Zum Auftakt des Wissenschaftsjahres „Unser Universum“ bietet die Max-Planck-Gesellschaft deutschlandweit ein vielseitiges Programm an

Das James-Webb-Teleskop enthüllt weit entfernte Milchstraßensysteme

Dunkle Materie und dunkle Energie bestimmen, wie das Universum aussieht. Das ist aber auch schon so ziemlich das Einzige, was Kosmologinnen und Kosmologen über sie wissen. Ihre Natur ist noch völlig unklar. Beobachten lassen sie sich nicht, aber ein Team um Volker Springel am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching simuliert, wie die mysteriöse Materie und die rätselhafte Energie die Entwicklung des Alls geprägt haben – und lernt dabei nicht nur etwas über ihre Eigenschaften.

Supernovae künden von kosmischen Katastrophen. Wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens in die Energiekrise schlittert oder eine bereits gestorbene Sonne mit Materie überfüttert wird, endet das in einer Explosion unvorstellbaren Ausmaßes. Was geschieht dabei im Einzelnen? Hans-Thomas Janka vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching will es genau wissen. Er simuliert Supernovae im Computer und bringt sie in der virtuellen Welt zum Bersten – mittlerweile sogar in drei Dimensionen.

Gravitationswellen gehören zu den spektakulären Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie von 1915. Aber erst ein halbes Jahrhundert später versuchte der Physiker Joseph Weber sie aufzuspüren. Anfang der 1970er-Jahre stiegen auch Max-Planck-Wissenschaftler in dieses Forschungsfeld ein und entwickelten Detektoren der zweiten Generation. Dank der Vorarbeiten dieser Pioniere blieben die Wellen in der Raumzeit keine Hirngespinste: Im September 2015 gingen sie endlich in die Falle.

Sie gehören zu den exotischsten Objekten im All: Neutronensterne. Unvorstellbar dicht und nur 20 Kilometer groß, rotieren sie rasend schnell um ihre Achsen, wobei sie Strahlungskegel in den Raum senden. Manche dieser kosmischen Leuchttürme haben besonders starke Magnetfelder. Michael Gabler vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching studiert diese Magnetare – und lernt so einiges über deren Beschaffenheit

Albert Einstein hatte sie vorhergesagt, moderne Großteleskope haben sie entdeckt: Gravitationslinsen. Forscher simulieren sie heute am Computer.

Dunkle Materie, die mehr als 80 Prozent der Masse im Universum ausmacht, absorbiert oder emittiert kein Licht und interagiert mit Licht und normaler (baryonischer) Materie nur durch ihre Gravitation. Die Natur der dunklen Materie ist eine der wichtigsten offenen Fragen in der Astrophysik und Kosmologie. Ein theoretisches Modell für dunkle Materie, die so genannte „Fuzzy Dark Matter“ (FDM, „unscharfe“ dunkle Materie), prägt dem Licht, das um eine massereiche Galaxie gekrümmt wird (eine sogenannte Gravitationslinse), eine charakteristische Signatur auf. Durch die Analyse eines Gravitationslinsensystems, dass im Radiobereich mit extrem hoher Winkelauflösung beobachtet wurde, haben wir festgestellt, wie „unscharf“ die dunkle Materie sein kann. 

Bereits in der Frühzeit des Universums scheinen supermassereiche schwarze Löcher mit dem Milliardenfachen der Masse unserer Sonne in den Zentren massereicher Galaxien zu residieren. Wenn interstellares Gas in ihrem mächtigen Gravitationsfeld beschleunigt wird, sendet es große Mengen an Strahlung aus: Solche „Quasare“ überstrahlen die gesamte Galaxie. Jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass die ersten Quasare oft von hellen, riesigen Nebeln umgeben sind. Diese können sich über mehrere 100.000 Lichtjahre erstrecken und sind damit etwa zehnmal so groß wie ihre Wirtsgalaxie. 

Im Jahr 2020 fanden Wissenschaftler in Polarisationsdaten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die der Planck-Satellit bei hohen Frequenzen gesammelt hatte, einen verlockenden Hinweis auf eine neue Physik, die die „Paritätssymmetrie“ verletzt. Auf der Grundlage der Planck-Daten und einer vereinfachten Annahme, wie sich die polarisierte Staubemission in der Milchstraße auswirkt, betrug das Konfidenzniveau 99,2 % dafür, dass eine Verletzung der Symmetrie physikalischer Gesetze bei einer Umkehrung der Raumkoordinaten vorlag. 

Vor etwa 13 Milliarden Jahren entstanden die ersten Sterne und Galaxien, die mit ihrer Strahlung den Wasserstoff zwischen den Galaxien ionisierten. Dieser Prozess wird kosmische Reionisation genannt. Trotz ihrer engen Verknüpfung werden die Entstehung der ersten Galaxien und der Reionisationsprozess normalerweise getrennt voneinander untersucht. Ein Team unter der Leitung eines MPA-Wissenschaftlers hat nun mit THESAN die erste Simulationsreihe entwickelt, welche die damals relevanten Prozesse und ihre Verknüpfung gleichzeitig erfasst.

Schwarze Löcher mittlerer Masse sollten das Bindeglied zwischen stellaren und supermassereichen Schwarzen Löchern sein, aber es ist unklar, wie sie entstehen könnten. Junge massereiche Sternhaufen sind vielversprechende Umgebungen für die Entstehung derartiger Objekte. Ein internationales Team unter der Leitung von MPA-Forschern hat realistische Simulationen von Sternhaufen durchgeführt, in denen diese fehlenden Bindeglieder durch das Verschmelzen von Sternen und Schwarzen Löchern entstehen.