Entschlüsselung der Grundpfeiler unseres Universums: Anwendung und Entwicklung von Sternatmosphären der nächsten Generation

• Antragsteller: Dr. Andreas Sander
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445674056

Massereiche Sterne und ihre Interaktion mit der Umgebung bilden einen Schlüsselbaustein der modernen Astrophysik. Ihr Einfluss erstreckt sich von den ersten Sternen über die chemische Entwicklung von Galaxien bis zu den Vorläufern von Supernovae und Gravitationswellen. Trotz ihrer enormen Bedeutung ist der quantitative Einfluss von massereichen Sternen bis heute nicht gut verstanden und derzeitige Beschreibungen sind oft unzureichend. Dies trübt unser Bild von Sternentwicklung im Bereich höherer Massen erheblich und führt entsprechend zu einer massiven Unsicherheit bei der Interpretation von Prozessen, die vom sogenannten Feedback der Sterne abhängen. Dazu gehören beispielsweise Populationssynthese und die Herkunft von massereichen Schwarzen Löchern.Um die Eigenschaften von massereichen Sternen, wie z.B. ihre Spektren, Winde und ihr Feedback, bestimmen und prognostizieren zu können, ist eine detaillierte Modellierung ihrer expandierenden Atmosphären notwendig. Bei dieser komplexen Aufgabe wird die hydrodynamische Struktur traditionell analytisch in einer nicht unproblematischen Weise approximiert. Insbesondere für entwickelte Sterne gibt es drastische Diskrepanzen zwischen den von der Sternentwicklung vorhergesagten und den mit Modellatmosphären aus Beobachtungen bestimmten Parametern. Die Folge sind fundamentale Unsicherheiten bezüglich der Eigenschaften und Entwicklung massereicher Sterne, die mehrere Größenordnungen erreichen können, z.B. wenn aktuelle Rezepte im Hinblick auf den frühen Kosmos extrapoliert werden. Angesichts der notwendigen Interpretation der Gravitationswellen und der in den Fokus rückenden Astrophysik im Bereich hoher Rotverschiebung, entsteht hier eine gefährliche Lücke zwischen den beobachtungstechnischen Möglichkeiten und dem theoretischen Verständnis. Meine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe hat das Ziel diese Lücke zu schließen, indem sie sich auf eines der wichtigsten Instrumente der modernen Astrophysik konzentriert: Die Entwicklung und Anwendung von Sternatmosphären. Mittels einer von mir entwickelten neuen Generation von Modellen, die den Strahlungstransport mit einer konsistenten Hydrodynamik koppeln, ist es möglich die volle Komplexität der den Sternwinden inhärenten Physik abzubilden und die Winde konsistent aus den Sternparametern zu berechnen. Mit diesen Modellen wird meine Gruppe das Verständnis von strahlungsgetriebenen Winden auf ein neues Fundament stellen und das Feedback der Sterne in unterschiedlichsten Regimen und Metallizitäten bestimmen. Mittels analytischen und theoretischen Anwendungen werden wir alle Entwicklungsstadien heißer Sterne verfolgen und ihren Einfluss auf Sternpopulationen untersuchen. Die Kopplung von Atmosphären- und Strukturmodellen wird ein Verständnis von Sternentwicklung mit nie dagewesener Konsistenz ermöglichen. All dies wird von der stetigen Weiterentwicklung der Modellatmosphären begleitet, deren Code auch der gesamten astrophysikalischen Fachwelt zur Verfügung gestellt wird.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen