Struktur und Geschichte der Milchstraße verstehen mit Gaia

• Antragsteller: Dr. Ivan Minchev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491393101

Wir leben derzeit in einem goldenen Zeitalter der Milchstraßenarchäologie, da wir sowohl die Sternentstehungsgeschichte, als auch die Struktur unserer Heimatgalaxie untersuchen können indem wir besonders genaue Kinematik, chemische Häufigkeiten, und Altersabschätzungen verschiedener stellare Populationen nutzen. Ein Paradigmenwechsel ist in diesem Forschungsfeld eingetreten als die zweite und frühen dritte Datenveröffentlichung des Gaia Satelliten verfügbar wurden. Hierdurch wurden detaillierte Untersuchungen im einem multi-dimensionalen Raum von Elementhäufigkeiten und kinematischem Phasenraum ermöglicht und durchgeführt. Dabei sind auch Kontroversen aufgetaucht, die den dynamischen Zustand der Scheibe, die Natur der Spiralarme und des Balkens, sowie den Effekt von einfallenden Satelliten betreffen (zB die Sagittarius Zwerggalaxie). Das Ziel dieses Antrags ist es, die wichtigsten strukturellen Parameter und die Entstehung der Milchstraße zu untersuchen, indem dem Stand der Forschung entsprechende numerische Modelle zur Interpretation der Gaia Daten herangezogen werden. Zusätzlich werden wir unseren Datensatz mit derzeit oder in naher Zukunft verfügbaren Daten verbinden, wie zB bodengebunden spektroskopischen Durchmusterungen (APOGEE, SDSS-V, GALAH und WEAVE, 4MOST), aber auch asteroseismische Daten von den CoRoT, Kepler, und K2 Satelliten. Elementhäufigkeiten und genaue Sternalter können mit dem Geburtsradius der Sterne verbunden werden, was besonders wichtig ist um verschiedene Modelle zu unterscheiden. Unsere Modelle werden im Wesentlichen auf den in Vorbereitung befindlichen hoch-aufgelösten HESTIA Simulationen aufbauen, die am AIP gerechnet werden. Diese simulieren die Milchstraße in der Umgebung der lokalen Gruppe unter Nutzung der modernen AREPO / Auriga Software. Im Vergleich zwischen Modellen und Daten werden wir sowohl Auswahleffekte, als auch beobachterische Unsicherheiten berücksichtigen. Wir werden Tests für verschiedene Szenarien der Entwicklung der Milchstraße anwenden und dabei die folgenden miteinander verknüpften Probleme betrachten: (1) Begreifen der reichen Phasenraumstruktur, die in den Gaia Daten gefunden wurde (Rippen, Bögen, und Schneckenhaus-Spirale im Geschwindigkeits-Positions Raum) im Zusammenhang mit frischen Störungen durch einfallende Satelliten und durch interne Akteure (Balken und Spiralarme), (2) Die erweiterte Verschmelzungsgeschichte der Milchstraße erforschen indem Scheibendicke und radiale Geschwindigkeitsdispersionsprofile für Gruppen von Sternen mit einheitlichem Alter bestimmt werden, und auch Änderungen der Orbiteigenschaften mit dem Alter, und (3) Die Parameter der Milchstraße und der Spiralstruktur näher einschränken indem realistische Modelle einer sich zeitlich entwickelnden Galaxie in einem kosmologischen Kontext betrachtet werden und indem Dynamik, Elementhäufigkeiten und Altersinformationen kombiniert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen