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DFG Förderung für den Sonderforschungsbereich SFB 1491

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Symbolbild SFB 1491 © ​/​TU Dortmund
Das Wechselspiel der kosmischen Materie: Untersuchungen zu den fundamentalen Eigenschaften der Materie (Plasma- und Teilchenphysik, sowie Dunkle Materie, dargestellt als drei Panels in grün, blau und rot) dienen als Input für das wissenschaftliche Verständnis der gemessenen Signaturen von Galaxien (Kugel in der Mitte).

Am nächtlichen Sternenhimmel sehen wir mit dem bloßen Auge Jahr für Jahr die gleichen Sternbilder, so dass der Eindruck entstehen könnte, das Universum sei ewig und eigentlich unveränderlich. Spätestens seit der Entdeckung der Ausdehnung des Universums und des kosmischen Mikrowellen-Hintergrundes – der Reststrahlung des Urknalls – im 20. Jahrhundert wissen wir jedoch, dass wir im Gegenteil in einem sehr dynamischen Kosmos leben.

Und diese Dynamik setzt sich auf allen Skalen fort: Sterne entstehen und vergehen in gewaltigen Supernova-Explosionen und beeinflussen so auch ihre Nachbarschaft in den Galaxien, regen sogar manchmal die Bildung neuer Sterne an. Durch die Explosionen entstehen aber auch Wolken aus Plasma, also Materie in der die Elektronen von den Atomkernen getrennt sind und die mit kosmischen Magnetfeldern wechselwirkt. Einzelne Teilchen können so auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und bilden die sogenannte kosmische Strahlung, die auch unablässig auf die Atmosphäre unserer Erde einprasselt. Das Wechselspiel der kosmischen Materie das diese Prozesse antreibt ist Leitthema des Sonderforschungsbereichs (SFBs) 1491, der aus den Aktivitäten des Ruhr Astroparticle and Plasma Physics Center (RAPP Center) hervorgegangen ist: „Wie werden die verschiedenen Formen von Materie und Energie ineinander umgewandelt? Wie werden die kleinsten, elementaren Teilchen zu den höchsten, jemals beobachteten Energien beschleunigt? Wie entstehen im Plasma der Galaxien großräumige Magnetfeldstrukturen? Wie können wir die geheimnisvolle dunkle Materie besser verstehen und endlich die Teilchen identifizieren aus denen sie besteht?“, nennt Prof. Dr. Julia Tjus, Sprecherin des neuen SFB von der Ruhr-Universität Bochum, einige der Forschungsfragen.

16 international ausgewiesene Forschende haben sich zusammengetan, um, um ein vereinheitlichtes Bild der nachweisbaren Spuren der wechselwirkenden Materie zu erstellen. 11 Forschende kommen von der Ruhr-Universität Bochum, 4 arbeiten an der TU Dortmund, und die Bergische Universität Wuppertal ist mit einem Forschenden beteiligt. Sie alle wollen die spannenden Prozesse verstehen die in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, ablaufen, aber auch in aktiven Galaxien, bei denen auf das supermassereiche schwarzes Loch das sich im Kern der meisten Galaxien befindet Materie einströmt. Hierzu werden theoretische Modelle der Astrophysik mit experimentellen Beobachtungen aller Wellenlängen und Teilchen verknüpft. Weiterhin liefert der SFB Wissen über die fundamentalen Eigenschaften der Materie aus theoretischen Rechnungen, kosmologischen Beobachtungen und irdischen Experimenten zu Teilchenwechselwirkungen: „Dieses Wissen kann direkt in den astrophysikalischen Modellen verwendet werden. Die Kombination der beiden Forschungsstränge liefert ein detailreiches und präzises Bild, wie die Galaxien funktionieren und sich entwickeln“, kommentiert Prof. Dr. Wolfgang Rhode von der TU Dortmund, Co-Sprecher im neuen SFB.

Kooperationspartner

Dieses Wechselspiel der kosmischen Materie zu verstehen ist nur möglich, wenn Forscherinnen und Forscher aus verschiedenen Bereichen der Physik zusammenarbeiten: An der TU Dortmund ist die Zusammenarbeit zwischen der Astro- und Teilchenphysik seit langem etabliert und erfolgreich, insbesondere da auch modernste Methoden der Datenanalyse und interdisziplinäre Erkenntnisse der Datenwissenschaften einbezogen werden. Als Projektleiter sind an der TU Dortmund beteiligt: Prof. Dr. Johannes Albrecht, PD Dr. Dominik Elsässer, Prof. Dr. Dr. Wolfgang Rhode, und Prof. Dr. Bernhard Spaan. Die Verknüpfungen der Teilgebiete Astro-, Plasma-, Astroteilchen- und Teilchenphysik in enger Kooperation der teilnehmenden Universitäten werden seit 2015 im Ruhrgebiet im Ruhr Astroparticle and Plasma Physics Center (RAPP Center) untersucht. Die Arbeiten im Rahmen des SFBs werden die Forschung im RAPP Center in den nächsten Jahren signifikant voranbringen.

 

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