Studying the dynamical and thermal structure of the hot gaseous component in galaxy clusters by means of unprecedentedly detailed synthetic observations of advanced cosmological, hydrodynamical simulations

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Dolag
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223765867

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum und eignen sich daher im Besonderen, unser generelles, kosmologisches Modell zu testen. Zusätzlich sind sie ideale Objekte, an denen das Zusammenwirken von Plasmaphysik und Strukturentstehung studiert werden kann.Die internen Strukturen und der dynamische Zustand, sowie die thermische und chemische Zusammensetzung des heißen, diffusen Gases, das sich im Potential eines Galaxienhaufens sammelt, lässt sich durch Beobachtungen im Röntgenlicht ermitteln. Von zukünftigen Missionen wie beispielsweise ASTRO-H und ATHENA wird erwartet, dass sie aufgrund ihrer enormen spektralen Auflösung im Röntgenlicht bisher unerreichte Einblicke in die Eigenschaften des heißen Haufengases geben. Des weiteren wird erwartet, dass Missionen wie eROSITA oder Vertiefungsprogramme für andere kosmologische Missionen (wie beispielsweise SPT, DES EUCLID und andere) in bisher nicht erreichter Weise Kataloge mit im Röntgenlicht detektierten Galaxienhaufen für kosmologische Interpretationen liefern werden. Um den erwarteten, gewaltigen Verbesserungen im Bereich der Beobachtung entsprechende theoretische Modelle entgegen stellen zu können, ist es notwendig, detaillierte, virtuelle Beobachtungen von großen, numerischen Simulationen, die eine detaillierte Beschreibung der relevanten, physikalischen Prozesse des heißen Haufengases beinhalten, auszuarbeiten. Dies erlaubt uns aktuellste Studien der großräumigen Strukturen und Galaxienhaufen mit bisher unerreichter Präzision durchzuführen. Mit besonderem Augenmerk auf Beobachtungen im Röntgenlicht werden wir hierzu unser neu entwickeltes, virtuelles Röntgenteleskop PHOX benutzen. Diese Simulationssoftware wurde speziell entwickelt, um sehr effizient große und hoch aufgelöste, kosmologische Simulationen zu analysieren. Dabei werden wir gezielt die Röntgenemission von simulierten Galaxienhaufen benutzen, um detailliert die Geschwindigkeitsfelder und die thermo-dynamische Struktur des heißen Haufengases zu erfassen. Dies wird uns erlauben, Vorhersagen darüber zu treffen, wie gut diese Strukturen durch die geplanten Missionen tatsächlich vermessen werden können. Dies wird uns auch ermöglichen zu untersuchen, in welcher Weise sich die Streuung in den für kosmologische Interpretationen so wichtigen Skalierungsrelationen von Galaxienhaufen einschränken lassen. Wir können damit auch erstmalig die Kovarianzmatrizen zwischen den verschiedenen Observablen aufgrund virtueller Beobachtungen von simulierten Galaxienhaufen bestimmen. Dies erlaubt uns dann auch die Effekte von kosmologischen Modellen mit verschiedenen Eigenschaften der Dunklen Energie auf die globalen Eigenschaften von Galaxienhaufen im Detail zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Hans Böhringer