Semi-analytisches chemodynamisches Modell der Milchstraßenscheibe

• Antragstellerin: Dr. Kseniia Sysoliatina
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523499018

In diesem Projekt planen wir, ein umfassendes chemodynamisches Modell der Scheibe der Milchstraße (MW) zu erstellen. Das Modell wird auf zwei Python-Codes basieren: dem jjmodel-Code, einer Realisierung des semi-analytischen Just-Jahreiß (JJ)-Modells, und dem Chempy-Code, einem chemischen Mehrzonen-Leaky-Box-Evolutionsmodell. Das JJ-Modell beschreibt die Galaxis als ein achsensymmetrisches System, das die dünne und die dicke Scheibe, molekulares und atomares Gas, sowie die Halos aus Sternen und dunkler Materie umfasst. Es löst iterativ die Poisson-Gleichung und berechnet selbstkonsistente vertikale Profile von Potential und Dichte; die Dichteprofile werden mit einer Sternentwicklungsbibliothek in Sternzählungen umgewandelt. Das JJ-Modell wurde mit verschiedenen Daten (Hipparcos, SDSS, Gaia und APOGEE) in der Sonnenumgebung kalibriert und ist für die gesamte MW-Scheibe verallgemeinert. In den nächsten drei Jahren wollen wir drei Hauptziele erreichen. Zuerst werden wir eine analytische Beschreibung für die Sternbewegungen in der MW-Ebene entwickeln, welche die bereits im JJ-Modell enthaltene vertikale Sternkinematik ergänzen wird. Zweitens werden wir mit hellen Populationen wie A, F, Rote-Klumpen-Sternen oder Cepheiden Typ I aus Gaia DR3 das aktualisierte JJ-Modell innerhalb von 4-5 kpc von der Sonne kalibrieren. Wir werden die Markov Chain Monte Carlo (MCMC) Routine für die Exploration des Parameterraums verwenden. Die rekonstruierte radiale Variation der Sternentstehungsgeschichte wird uns einen Einblick in den Galaxienbildungsprozess geben (z. B. kann ein Inside-Out-Scheibenwachstumsszenario getestet werden). Drittens werden wir das JJ-Modell mit dem Chempy-Code kombinieren und Häufigkeitsmuster von 10-20 chemischen s- und r-Prozess-Elementen in der galaktischen Scheibe untersuchen und sie mit den Daten aus hochauflösenden spektroskopischen Durchmusterungen wie APOGEE, GALAH, Gaia-ESO oder den kommenden SDSS-V und 4MOST vergleichen. Durch die Optimierung der Modellparameter werden wir die Geschichte des Gaseinfalls rekonstruieren, die relativen Beiträge des asymptotischen Riesenasts und der Supernovae-Anreicherungsprozesse abschätzen und die Rolle der radialen Vermischung analysieren. Zu unseren sekundären Zielen gehören Verbesserungen im Syntheseprozess der Sternpopulationen: wir planen, eine Population von Weißen Zwergen hinzuzufügen und die Entwicklung von Doppelsternen zu berücksichtigen, um ein realistisches Farben-Helligkeits-Diagramm zu reproduzieren. Wir planen auch, das aktualisierte, neu kalibrierte JJ-Modell zu verwenden, um die nicht-achsensymmetrischen Scheibenstrukturen wie Spiralarme und vertikale Verbiegung zu untersuchen und ihre Struktur mit den bestehenden Modellen zu vergleichen. Das chemodynamische, auf dem JJ-Modell und Chempy basierte MW-Modell wird ein flexibles Open-Source-Tool sein, das zum Testen verschiedener MW-Evolutionsszenarien und zur Sternpopulationssynthese der galaktischen Scheibe geeignet ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Andreas Just
• Kooperationspartner: Dr. Oleksiy Golubov