Einblicke in das dynamische ISM: Eine "Big Data" Vergleichsstudie von Beobachtungen und Modellen

• Antragsteller: Dr. Rahul Shetty
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263065473

Das Interstellare Medium (ISM) spielt eine zentrale Rolle bei vielen astrophysikalischen Prozessen, von der Bildung von Sternen und Planeten bis hin zur Entwicklung von Galaxien auf großen Skalen. Es ist daher wichtig, ein tieferes Verständnis für die chemische, thermische, und dynamische Struktur des ISM zu erlangen. Dazu können Beobachtungen von Gas- und Staubemission wesentliche Beträge liefern. Jedoch ist die genaue und quantitative Interpretation dieser Messungen alles andere als einfach. Das liegt an den vielfältigen Unsicherheiten und Ungenauigkeiten, mit denen sowohl die Beobachtungsdaten als auch die zugrunde liegenden theoretischen Modelle und numerischen Simulationsrechnungen behaftet sind. In diesem Projekt möchte ich meine umfangreiche Erfahrung in theoretischer Modellierung und statistischer Datenanalyse dazu einsetzen, diese Unsicherheiten zu verringern und eine bessere Beschreibung der physikalischen Prozesse, die die Dynamik der ISM bestimmen, zu gewinnen. Ich werde neue, hierarchische statistische Ansätze auf die Analyse von multifrequenten Beobachtungen der ISM anwenden und mit den Ergebnissen von hochpräzisen Simulationsrechnungen vergleichen, die zeitabhängige Chemie und die Wechselwirkung mit dem Galaktischen Strahlungsfeld konsistent berücksichtigen. Damit lassen sich Messfehler und Entartungen in den Modellparametern besser berücksichtigen. Mein Ziel ist es, mit Hilfe von hierarchischer, Bayes'scher Statistik wichtige ISM Parameter, wie etwa Dichte, Temperatur, Sternentstehungsrate sowie deren Korrelationen untereinander, besser zu bestimmen. Ich werde diese neue Methode zugleich auf Beobachtungen und auf numerische Simulationsrechnungen anwenden. Diese Rechnungen beschreiben einen weiten Bereich von ISM-Parametern, von den äußeren Rändern großer Spiralgalaxien, bis hin zu den dichten Zentren von Starburst-Galaxien. Mit Hilfe von Strahlungstransportrechnungen werde ich synthetische Karten der Kontinuumsemission von Staub und der Linienemission von wichtigen Atomen und Molekülen erzeugen, die sich unmittelbar mit den entsprechenden Beobachtungsdaten vergleichen lassen. Auf diese Weise ist es möglich, die dominanten physikalischen Prozesse zu identifizieren und zu charakterisieren, und so unser Verständnis für die Dynamik der ISM weiter zu vertiefen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1573: Physics of the Interstellar Medium