ILMATAR: Entschlüsselung der kosmischen Ursprünge von Kugelsternhaufen und ihren Wirtsgalaxien

• Antragstellerin: Natalia Lahén, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558113528

Kugelsternhaufen sind die dichtesten durch Schwerkraft gebundenen Sternansammlungen, die in fast allen Galaxien allgegenwärtig sind. Sie zählen zu den ältesten kosmischen Zeugen der Bildung von Sternen und Galaxien im frühen Universum. Neueste Beobachtungen mit dem James Webb Space Teleskop zeigen die mögliche frühe Entstehung von Kugelsternhaufen, nur 430 Millionen Jahre nach dem Urknall. Galaxien, in denen Kugelsternhaufenentstehung beobachtet wurde, zeigen überraschend starke chemische Variationen und zentrale Schwarze Löcher mit rekordverdächtigen Massen. Diese Entdeckungen stellen unser derzeitiges theoretisches Verständnis der frühesten Phasen der Galaxienbildung in Frage und erfordern neue numerische Ansätze zur Erforschung des Ursprungs von Kugelsternhaufen und Schwarzen Löchern im Zusammenspiel mit ihren Wirtsgalaxien. Dieses Emmy Noether-Projekt wird grundlegende Fragen zur Sternentstehung und chemischen Anreicherung im frühen Universum mit den fortschrittlichsten Computersimulationen beantworten. Meine jüngsten hydrodynamischen Simulationen von Starburst-Galaxien haben erstmals gezeigt, wie sich Kugelsternhaufen in ihrer galaktischen Umgebung bilden können. Der nächste notwendige Schritt besteht darin, diese Studien mit ultrahoher Auflösung auf einen kosmologischen Kontext auszudehnen. Auf der Grundlage meiner bisherigen Erfolge und der umfangreichen astrophysikalischen Expertise am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg werde ich die internationalen Bemühungen zur Entwicklung der kosmologischen Zoom-In Simulationen “cosmologIcaL enrichMent And clusTering of stARs“ (ILMATAR) leiten, um den Ursprung von Kugelsternhaufen und ihrer Wirtsgalaxien im vollständigen kosmologischen Kontext zu entschlüsseln. Die neuartigen ILMATAR-Simulationen werden den aktuellen Stand der Forschung deutlich übertreffen. Sie kombinieren einige der fortschrittlichsten Rechenwerkzeuge, die optimiert sind, um die spezifischen Bedingungen der Sternentstehung, Sternentwicklung, Gravitationsdynamik und Galaxienbildung nachzubilden, die mehrere hundert Millionen Jahre nach dem Urknall geherrscht haben. Neben meiner Position als Leiterin der Nachwuchsforschungsgruppe und Hauptentwicklerin neuartiger Simulationsalgorithmen beantrage ich Mittel für eine Postdoktorand*in zur Unterstützung bei der Codeentwicklung, Ausführung und Analyse der Simulationen, sowie für zwei Doktorand*innen, die Nachbearbeitungstechniken erforschen und synthetische Beobachtungen extremer Sternentstehungsumgebungen in mehreren Wellenlängen erstellen. Die ILMATAR-Modelle werden die chemodynamische Struktur von Proto-Kugelsternhaufen mit einer Auflösung von weniger als einem Parsec vorhersagen und damit die begrenzte Auflösung modernster Beobachtungen der frühesten Epochen der Sternentstehung übertreffen. Mit diesem innovativen Emmy Noether-Projekt können die Geheimnisse der Entstehung von Sternenhaufen im frühen Universum entschlüsselt werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen