Nachweis des zirkumgalaktischen Mediums mit optischen Emissionslinien

• Antragsteller: Professor Dr. Lutz Wisotzki
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455446292

Galaxien sind umgeben von umfangreichen Gasreservoirs, die durch Einfall von Materie aus dem intergalaktischen Medium und durch galaktische Winde gefüttert werden. Die Beobachtung von Absorptionslinien in den Spektren von hellen und seltenen Quasaren hinter einzelnen Galaxien zeigt, dass dieses “zirkumgalaktische Medium” (engl. circumgalactic medium, CGM) sich bis weit jenseits der stellaren Körper der Galaxien erstreckt. Wir wissen, dass das CGM ein komplexe Multiphasenstruktur aufweist und sich vermutlich weder im thermischen noch im dynamischen Gleichgewicht befindet. Viele weitere Eigenschaften des CGM sind allerdings nach wie vor unbekannt, auch aufgrund der erheblichen Schwierigkeiten, dieses extrem leuchtschwache Gas direkt in Emission nachzuweisen. Hier schlagen wir eine neuartige Untersuchung der warmen ionisierten Komponente des CGM in Galaxien mittels der Beobachtung optischer Emissionslinien vor. Unser primäres Werkzeug ist das Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte; insbesondere wollen wir die umfangreiche garantierte Beobachtungszeit nutzen, die unser Team für die Entwicklung und Bereitstellung von MUSE erhalten hat. Die hohe Quanteneffizienz des Instruments, sein großes Gesichtsfeld sowie unsere innovative Beobachtungsstrategie der “MUSE Deep Fields”, bei denen für -zig Stunden an einer einzigen Teleskop-Position belichtet wird, machen unsere Messungen um mindestens eine Größenordnung empfindlicher als bisherige Untersuchungen. Wir werden sowohl Rekombinationslinien des Wasserstoff als auch stoßangeregte Linien schwererer Elemente betrachten, so dass auch die Messung gasdiagnostischer Emissionslinienverhältnisse möglich sein wird. Diese Daten werden Informationen liefern über die Geometrie, die Schichtung und den Klumpungsgrad des warmen ionisierten Gases, die dominierenden Anregungsmechanismen und die globalen Bewegungsmuster. Damit wird auch eine neue Möglichkeit geschaffen, die Vorhersagen numerischer Simulationen mit Beobachtungen vergleichen zu können. Wir verfolgen unser Ziel über zwei Ansätze: Wir suchen nach räumlich ausgedehnter Linienemission um individuelle Galaxien jenseits ihrer stellaren Körper, und wir messen mittlere Eigenschaften des CGM durch eine statistische Überlagerung der Daten vieler Galaxien. Dieses Experiment baut auf unserem in jüngster Zeit erzielten Durchbruch beim Nachweis des CGM in der Lyman-alpha-Strahlung des Wasserstoff bei hohen Rotverschiebungen auf, aufgrund unserer Resultate als universelles Phänomen etabliert. Aufgrund dieser Vorarbeiten verfügen wir sowohl über die Strategien als auch die notwendigen Analysewerkzeuge, um zu extrem geringen Flächenhelligkeiten vorzudringen. Als Ergebnis wird unser Projekt den Stand der Forschung in diesem Gebiet erheblich weiterbringen und ein neues Fenster für die Untersuchung des zirkumgalaktischen Mediums aufstoßen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen