Vom Brennstoff zum Feuerwerk: MeerKATs Sicht auf die Umwandlung von Gas in Sterne über kosmische Zeitskalen

• Antragsteller: Professor Dr. Joseph Mohr, seit 10/2022
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500825193

In der derzeitigen Beschreibung der Galaxienentwicklung fehlt neutraler Wasserstoff (HI), aus dem Sterne entstehen. Je nach Verfügbarkeit dieses Brennstoffs entwickeln sich Galaxien unterschiedlich, allerdings sind solche Beobachtungen bisher auf das lokale Universum begrenzt da das Signal sehr schwach ist. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, präzise HI-Messungen zum bestehenden Datenschatz hinzuzufügen um unser Verständnis davon, wie Galaxien ihre Sterne bilden und wie sich ihre stellare Masse über kosmische Zeitskalen ändert, zu revolutionieren. Diese Arbeit wird durch Daten des Large Survey Project MIGHTEE ermöglicht, das vom SKA-Vorgänger MeerKAT durchgeführt wird. Diese neuartigen HI-Daten ermöglichen es uns, den Gasgehalt von Galaxien besser und über bisher unerreichte kosmische Zeitskalen zu vermessen.Ein Hauptziel unseres Vorhabens ist es, anhand einer Parametrisierung der Kennicutt-Schmidt Skalierungsrelation zu bestimmen, wie HI aufgebraucht und in stellare Masse umgewandelt wird. Derzeitige HI-Arbeiten beschränken sich auf das lokale Universum, aber dank der hohen Empfindlichkeit und Auflösung von MeerKAT werden wir die Relation über den gesamten Zeitraum der letzten Milliarden Jahre bestimmen können. Unsere Ergebnisse werden von zentraler Bedeutung für neue kosmologische Simulationen sein, die unter Anderem auf solche Modelle für die Konversion von Gas in Sterne beruhen.Des weiteren umfasst unsere Arbeit auch HI-arme Galaxien. Galaxien lassen sich in eine bimodale Farbverteilung unterteilen, wobei blaue Galaxien reich an HI sind und Sterne bilden, während rote Galaxien ihren Gasvorrat bereits aufgebraucht haben und sich passiv entwickeln. Verantwortlich für diese Bimodalität ist die Verfügbarkeit von HI, allerdings ist der Mechanismus für die Umwandlung von blau nach rot noch nicht genau verstanden. Dank der überragenden Genauigkeit von MeerKAT werden wir auch Galaxien mit moderatem HI-Gehalt untersuchen können. Nur anhand von solchen Beobachtungen der gesamten Galaxienpopulation sowie deren HI-Eigenschaften werden wir diese Bimodalität verstehen können.Da unsere neuen Beobachtungen ein großes kosmisches Volumen abdecken können wir auch seltene gasreiche Galaxien vermessen. Wir werden erstmals einige dieser massereichen Galaxien in Entfernungen, die jenseits der Möglichkeiten bisheriger HI-Daten liegen, detektieren können. Am anderen Ende der Massenskala eröffnet uns die Empfindlichkeit von MeerKAT völlig neue Möglichkeiten bei der Erforschung der kleinsten existierenden Galaxien. Wir werden nach den schwer fassbaren "dunklen" Galaxien suchen, die laut Simulationen reich an HI sein sollen. Die Entdeckung solcher Objekte würde einen erheblichen Einfluss auf künftige numerische Simulationen haben. Die Suche nach solch seltenen Objekten mit niedriger Masse und hoher Rotverschiebung erfordert eine empfindliche und verlässliche Quellendetektion, welche ein weiteres Hauptziel dieses Projektes ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Natasha Maddox, bis 9/2022