Dass ein Mäzen einen Forschungspreis stiftet, ist zwar selten, aber nicht ungewöhnlich. Ungewöhnlich ist dagegen die Summe, mit der MLP-Mitbegründer Manfred Lautenschläger seine Auszeichnung ausgestattet hat. Es sind 250.000 Euro – dies ist der höchste Betrag, der von einem privaten Stifter in Deutschland für einen Forschungspreis zur Verfügung gestellt wird. Verliehen wird der Lautenschläger-Forschungspreis alle zwei Jahre. Preisträgerin des Jahres 2009 ist Prof. Dr. Eva Grebel, Astrophysikerin an der Universität Heidelberg, die sich der galaktischen Archäologie verschrieben hat. In diesem Forschungsgebiet geht es um die Frage, wie Galaxien sich entwickeln und wie sie entstanden sind. Dabei sind die Sterne Zeugen vergangener Epochen, genau wie Archäologen Zeugnisse alter Kulturen verwenden, um herauszufinden was in früheren Zeiten passiert ist. Prof. Grebel und ihr Team wollen erfahren, was sich in der Vergangenheit der Galaxien abgespielt hat. Vor allem will die Wissenschaftlerin herausfinden, wie sich unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße entwickelt hat. Campus-TV berichtet darüber, wie sich die Forschung gestaltet und welche Hilfsmittel der Forscherin zur Verfügung stehen: Zum Beispiel Aufnahmen von Sternen, die mit großen Teleskopen oder dem Weltraumteleskop Hubble gemacht wurden. Große Hoffnung setzt Prof. Grebel auch auf den Weltraumsatelliten Gaia, der im Jahr 2012 starten wird.
Sonne, Mond und Sterne sind für den Beobachter auf der Erde unverrückbare Himmelskörper, die ihn ein ganzes Leben lang begleiten. Doch während beim Menschen zwischen Geburt und Tod im besten Fall nur plus minus 100 Jahre vergehen, liegen zwischen Geburt und Tod eines Sterns viele Millionen Jahre. Ein Vorgang, der für Menschen nicht zu beobachten ist. Hilfe bietet da Kollege Computer. Mit aufregenden Animationen untersucht Professor Ralf Klessen am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg die physikalischen Prozesse, die Sterne so wie unsere Sonne entstehen lassen. Sterne werden in so genannten interstellaren Gaswolken geboren. Diese Wolken dehnen sich über riesige Räume aus. Die einzelnen Bestandteile des Gases sind also weit verteilt. Deshalb muss zur Sternenbildung dieses Gas extrem verdichtet werden. Das ist allerdings ein Prozess, der über viele Millionen Jahre geht und vom menschlichen Auge nicht nachvollzogen werden kann. Deshalb fertigt Professor Ralf Klessen Computersimulationen an, die wie in einem Zeitraffer Aufschluss über die verschiedenen Phasen der Sternenbildung geben. Im Weltraum liegen Geburt und Tod von Sternen recht nahe beieinander. Sterben Sterne vergehen sie oft in einer so genannten Supernova. Im Animationsfilm verabschieden sie sich in einem grandiosen Feuerwerk. Ziel der Forschung ist es, anhand von Computersimulationen Struktur und Aufbau des Universums besser zu verstehen.
Wir legen eine Serie von Entwicklungsrechnungen für Sterne der Population III zwischen 2 und 10 Sonnenmassen von der Hauptreihe bis zum Heliumschalenbrennen vor. Zwei dieser Modelle verfolgen wir in die thermischen Pulse auf dem Asymptotischen Riesenast (TPAGB).Wir beobachten neben den thermischen Pulsen, dem dritten Dredge-up und dem Hot Bottom Burning insbesondere den »Carbon Ingestion Flash«, der eine Eigenheit extrem metallarmer Sternmodelle ist: Während eines thermischen Pulses entsteht eine zusätzliche Konvektionszone oberhalb der Wasserstoffschalenquelle. Sie reicht bis in kohlenstoffreiche Schichten und induziert so den Einstrom von Kohlenstoff in die noch sehr kohlenstoffarme Wasserstoffschalenquelle. Dadurch wird das Wasserstoffbrennen im CNO-Zyklus stark angefacht, und beide Schalenquellen erreichen gleichzeitig ein Maximum ihrer Aktivität. Dieses Phänomen findet nur bei den ersten thermischen Pulsen statt; durch den Dredge-up wird die Hülle rasch so weit angereichert, dass die weitere Entwicklung normal verläuft. Die Relationen zwischen Kernmasse und Leuchtkraft bzw. Zwischenpulsdauer weichen bei unseren extrem metallarmen Modellen vom solaren Fall ab: Die Leuchtkraft ist um 10 bis 30% geringer, die Zwischenpulsdauer um einen Faktor 6 bis 10 länger. Der vorliegende Code berücksichtigt die Zeitabhängigkeit der konvektiven Mischung und löst alle Gleichungen für den Aufbau und die Entwicklung des Sterns implizit und gekoppelt.
Understanding the origin of high-mass stars is central to modern astrophysics. We shed light on this problem using novel radiation-hydrodynamic simulations that consistently follow the gravitational collapse of a massive molecular cloud, the subsequent build-up and fragmentation of the accretion disk surrounding the nascent star, and, for the first time, the interaction between its intense UV radiation field and the infalling material. We show that ionization feedback can neither stop protostellar mass growth nor suppress fragmentation. We present a consistent picture of the formation and evolution of H II regions that explains the observed morphology, time variability, and ages of ultracompact H II regions, solving the long-standing lifetime problem.
The goal of this work is to better understand the universe between recombination and reionization and to outline new possibilities to explore it in more detail. This concerns the stellar population, the physics of the early universe, and the formation of the first supermassive black holes. With the reionization optical depth from WMAP 5, I derive upper limits for the strength of primordial magnetic fields and dark matter annihilation / decay, as well as constraints for stellar population models. Further constraints can be found from the gamma-ray and neutrino background, which rule out s-wave annihilation of light dark matter. It was shown that future 21 cm observations will constrain primor- dial magnetic fields even further. To improve our understanding of the origin of the first supermassive black holes and their high metallicity, I explore how they can be observed with ALMA and JWST between redshift 5 and 15. For this purpose, I estimated and classified the available observables, and I provide several independent estimates for the expected number of high-redshift black holes. In spite of large model uncertainties, one can expect to find at least a few sources in a solid angle similar to the Hubble-Deep-Field.
This work proposes a method to constrain the cosmic expansion rate and the linear growth factor for structure formation from different cosmological measurements, without reference to a specific Friedmann model and its parameters. First, a model-independent reconstruction technique to estimate the expansion rate from luminosity distance data has been developed: it converts the integral relation between the expansion function and the luminosity distance into a Volterra integral equation, which is known to have a unique solution in terms of a Neumann series. Expanding observables such as the luminosity distances to type-Ia supernovae into a series of orthonormal functions, the integral equation can be solved and the cosmic expansion rate recovered within the limits allowed by the accuracy of the data. The performance of the method is demonstrated through application to synthetic data sets of increasing complexity, including a toy model with a sudden transition in the expansion rate. With the additional assumption of local Newtonian dynamics, the growth rate for linear structure formation can be calculated from the estimate of the expansion rate, in the redshift interval over which supernovae are available, and employed in the analysis of cosmic shear data: combined to a traditional, Lambda-CDM analysis of the same data set, this approach allows to tighten the constraints on the matter density parameter, Omega_m, and the normalisation of the power spectrum, sigma_8. Furthermore, the method to reconstruct the expansion rate can be applied to angular-diameter distance data from baryon acoustic oscillation experiments; an optimisation of the orthonormal function set employed in the algorithm has also been performed, by means of a principal component analysis.
We investigate the question of how high-mass stars form by combining mid-infrared observations from the worlds largest ground- and space-based telescopes and interferometers. The target of this study is IRS 9A, a promising candidate for the rare class of very young, high-mass protostars. In the first part of this work we present the immediate results and implications of the individual observations, and in the second part we try to devise a model for IRS 9A and its circumstellar structure that can account for these observations. We also make use of a publicly available grid of spectral energy distributions which has been calculated for a large number of protostellar objects. We find that neither geometrical models of the brightness distribution nor simple one-dimensional models for the density structure can explain IRS 9A's appearance in the mid-infrared. However, using radiative transfer models that comprise circumstellar disks and envelopes, we are able to simultaneously reproduce all our observational data. Moreover, the comparison with the grid of protostellar objects independently confirms IRS 9A to be a high-mass protostar. Hence our study provides further support to the idea that high-mass stars form in a similar manner to their low- and intermediate-mass counterparts.
Studium Generale Wintersemester 2008/2009: Galileis erster Blick durchs Fernrohr und die Folgen heute, 26. Januar 2009 Prof. Matthias Bartelmann, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg In jüngster Zeit, im Lauf der letzten Jahre, hat sich die Kosmologie von einem hoch spekulativen Gebiet der Astrophysik zu einer Wissenschaft gewandelt, die präzise Aussagen über die Eigenschaften des Universums im Großen erlaubt. Wir haben heute ein Standardmodell der Kosmologie, das auf überraschende und sehr staunenswerte Weise einfach ist und das dennoch im Einklang mit so gut wie allen modernen kosmologischen Beobachtungen steht. Dieser Durchbruch zu einem tragfähigen kosmologischen Modell wurde durch eine Reihe von Präzisionsmessungen ermöglicht, zu denen die Beobachtungen der größten kosmischen Strukturen, extremer Sternexplosionen, winziger Temperaturschwankungen im jungen Universum und minimaler Verzerrungen weit entfernter Objekte gehören. Gleichzeitig wirft das kosmologische Standardmodell große und schwierige Fragen auf. Es lehrt uns, dass dunkle Materie bei weitem gegenüber der gewöhnlichen Materie dominiert, dass das heutige Ausdehnungsverhalten des Universums durch dunkle Energie getrieben wird und dass eine kurze Phase extremer Ausdehnung am Anfang der kosmischen Entwicklung gestanden haben mag. Wie wir das verstehen können, ist der Gegenstand intensiver kosmologischer Forschung.