Jet Feedback in Gruppen und Haufen von Galaxien

• Antragsteller: Professor Marcus Brüggen, Ph.D.; Professor Dr. Christoph Pfrommer
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443220636

Die Entstehung von Galaxien ist eines der faszinierendsten Probleme der modernen Astrophysik. Im Standardmodell bilden sich Galaxien im Zentrum von Dunkle-Materie-Halos, aber die Verteilungen von Halo-Masse und Galaxienleuchtkraft unterscheiden sich deutlich. Dies weist darauf hin, dass Gas insbesondere in Gruppen und Haufen weniger effizient in Sterne umgewandelt wird. Eine mögliche Erklärung ist eine Rückkopplungsschleife, die Gasabkühlung, Sternentstehung und die Aktivität aktiver Galaxienkerne (AGN) miteinander verbindet. Ziel dieses Projekts ist, diese AGN-Rückkopplungsschleife aus theoretischer wie auch beobachtender Sicht zu untersuchen. Dafür nutzen wir LOFAR und andere Radioteleskopdaten, sowie moderne kosmologische Magneto-Hydrodynamik-Simulationen. Diese Simulationen umfassen kosmische Strahlung und AGN-Jet-Physik für Galaxiengruppen und -haufen und entwickeln die Fokker-Planck-Gleichung für das Impulsspektrum relativistischer Elektronen. So soll erforscht werden, wie Jets Energie und Impuls an das intraklastale Medium (ICM) abgeben und so Abkühlung und Sternentstehung regulieren. Durch den Vergleich von beobachteten und synthetischen Radioemissionen wollen wir gemeinsam mit unserer Mercator-Fellow Judith Croston die Rückkopplung präzise kalibrieren. Unabhängig vom Jet-Feedback in Galaxienhaufen zeigen aktuelle niederfrequente Radio-Beobachtungen zudem eine große Population riesiger Radiogalaxien (GRGs), die sich über mehr als 1 Mpc erstrecken. Steile Spektralindizes legen nahe, dass GRGs eine späte Entwicklungsstufe normaler Radiogalaxien sind, aber ihre Entstehung ist noch ungeklärt. Für ein besseres Verständnis werden verbesserte Beobachtungen und kosmologische Simulationen benötigt. Mögliche Ursachen sind Jet-Leistung, Umweltfaktoren wie Dichte und Abkühlzeit des Gases sowie Eigenschaften der Wirtsgalaxie. Das Erscheinungsbild von GRGs und anderen Radiogalaxien könnte also mit ihrer Fähigkeit zusammenhängen, sich energiemäßig mit dem umliegenden Gas in Gruppen und Haufen zu koppeln. Die Ergebnisse dieses Projekts werden wichtige großskalige Randbedingungen für Modelle relativistischer Jets liefern, die in Zusammenarbeit mit unserem Mercator-Fellow Manel Perucho in dieser Forschergruppe weiterentwickelt werden. Zentrale Fragen sind: 1. Wie entwickelt sich das AGN-Jet-Feedback im Laufe der kosmischen Geschichte und über verschiedene Massenbereiche – von Gruppen bis zu Haufen? Wie wird Energie von AGN-Jets auf das abkühlende ICM übertragen und welche beobachtbaren Signaturen weisen eindeutig darauf hin? 2. Was verursacht die Entstehung von GRGs und wie viel von ihrer Energie können sie für Rückkopplung einsetzen und gleichzeitig noch über Mpc-Distanzen hinaus wachsen?

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5195: Relativistische Jets in Aktiven Galaxien