Der Lebenszyklus turbulenter Molekülwolken

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Simon Glover, Ph.D.; Professor Dr. Ralf Klessen, Ph.D.; Dr. Thorsten Naab; Professorin Dr. Stefanie Walch-Gassner
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263083489

Das vollständige Verständnis der multi-phasen Struktur des interstellaren Mediums (ISM) ist eine der größten Herausforderungen der modernen Astrophysik. Das komplexe Zusammenspiel und die relativen Beiträge von gravitativem Kollaps, Strahlungskühlung, Magnetfeldern, der Entstehung und Dissoziation von Molekülen, ionisierender Strahlung, von stellaren Winden, und Supernova Explosionen massereicher Sterne ist bisher wenig verstanden. Eine detaillierte Untersuchung dieser Prozesse kann nur mittels Hochleistungssimulationen erfolgen. Durch die Einrichtung des ISM SPP 1573 vor ca. drei Jahren, vereinigte eine Gruppe von SPP Mitgliedern (die PI's dieses Antrags) ihre Expertise, um das multi-phasen ISM mittels numerischer Simulationen mit einer beispiellosen Kombination aus Auflösung und physikalischer Komplexität zu untersuchen. Unterstützt durch die Gewährung eines bedeutenden Umfangs an Computerzeit (42 Millionen CPU Stunden auf SuperMUC), haben wir eine verbesserte Version des MHD AMR Codes FLASH entwickelt und getestet, welche Eigengravitation, Chemie und Strahlungstransport von Punktquellen und diffusen Strahlungsfeldern beinhaltet. Mittels dieses einzigartigen Tools werden wir den vollständigen Lebenszyklus von Molekülwolken im ISM, also deren Entwicklung von ihrer Entstehung bis hin zu ihrer Zerstörung, in verschiedenen Umgebungen simulieren. Ebenso untersuchen wir die Entstehung von mehr-phasigen galaktischen Ausströmungen. Wir verwenden die Simulationen um synthetische Linien- und Staub-Emissionskarten zu erstellen, welche genau mit hochmodernen Beobachtungsdaten verglichen werden, wobei wir privilegierten Zugang zu signifikanten Daten haben. Durch diese Vorgehensweise sind wir in der einzigartigen Position eine Vielzahl von grundlegenden, wissenschaftlichen Fragestellungen mit neuartiger Präzision und Aussagekraft anzusprechen. Diese sind: Wie bilden sich Molekülwolken in galaktischen Scheiben mit verschiedener Oberflächendichte und wie werden sie durch den Einfluss massereicher Sterne wieder zerstört? Was ist der relative Einfluss von ionisierender Strahlung, stellaren Winden, und Supernova Explosionen? Wie wird Turbulenz in der ionisierten, neutralen und molekularen Phase des ISMs generiert? Wie treibt das Feedback massereicher Sterne hoch supersonische Turbulenz und galaktische Winde, welche die Entstehung von Galaxien regulieren? Welche Rolle spielt das Magnetfeld? Wie können akkurate synthetische Beobachtungen aus den Simulationen gewonnen werden? Wie können neuartige Beobachtungen des ISM in der Scheibe und in galaktischen Winden (z.B. Moleküllinienemission) theoretisch interpretiert werden? Sind wir in der Lage definitive Vorhersagen für bevorstehende Beobachtungen des ISMs (z.B. mit ALMA) zu machen? Nachdem die Phase der Code-Entwicklung nun abgeschlossen ist, können wir die Früchte dieser Investition ernten und die entwickelten Kapazitäten anwenden um diese Fragen zu beantworten.

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