Polarisierte Radio Beobachtungen von digitalen extragalaktischen Stoßwellen

• Antragsteller: Professor Marcus Brüggen, Ph.D., seit 1/2023
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441694982

Radio Relikte gehören zu den spektakulärsten Objekten am Radiohimmel. Sie leben am Rand von Galaxienhaufen und ihre Synchrotronstrahlung beweist die Existenz von Magnetfelder und relativistischen Elektronen auf großen Skalen. Zusätzlich sind Relikte stark polarisiert (mit durchschnittlichen Werten bis zu 60 %). Die Positionen von Relikten überlagert sich meistens mit Stoßwellen, die mit Röntgenteleskopen beobachtbar sind. Dies legt die Idee nahe, dass die Stoßwellen Elektronen zu den hohen Energien beschleunigen. Die noch ungelösten Fragen im Verständnis von Radio Relikten beschäftigen sich vorwiegend mit dem Ursprung der Magnetfelder und dem genauen Beschleunigungsmechanismus. Dieser hängt sowohl von der Stärke der Stoßwelle als auch von den Eigenschaften der lokalen Magnetfelder ab. Somit ist ein genaues Studium der Magnetfelder nötig, um Relikte zu erklären. Mit Radiobeobachtung bei niedrigen und hohen Beobachtungsfrequenzen lässt sich ein drei dimensionales Magnetfeldbild erstellen. Die beobachteten Leuchtkräfte sind ein Maß für die lokalen Feldstärken. Vor allem bei niedrigen Frequenzen kann man niederenergetische Elektronen beobachten und erhält Informationen über die Feldstärken und -fluktuationen hinter der Stoßwelle. Das polarisierte Signal wird am besten bei hohen Frequenzen gemessen und gibt Aufschluss über die Magnetfeldorientierung in der Bildebene der Quelle. Faraday Rotations-Messungen geben die Magnetfeldstärken und -richtungen entlang der Sichtlinie an und vervollständigen somit das drei dimensionale Bild. Heutzutage werden Radio Relikte bei verschiedensten Radiofrequenzen beobachtet und kosmologische Simulationen verknüpfen diese Beobachtungen mit theoretischen Vorhersagen. Um mit dem technischen Fortschritt der Beobachtungen mithalten zu können, müssen die Simulationen eine größere Anzahl an verschiedenen physikalischen Phänomenen modellieren. Vor allem bei der Modellierung komplexer Radio Emissionen gibt es heutzutage eine Kluft zwischen den Simulationen und Beobachtungen. Die Motivation dieses Projektes ist es, diese zu schließen. Dazu werde ich die neusten kosmologischen Simulationen verwenden, um Radio Relikte zu simulieren. Das Projekt gliedert sich in folgende Hauptteile:1) erstellen einer Datenbank von simulierten Relikten, um ihre statistischen Eigenschaften zu studieren und um bei der Interpretation von Beobachtungen zu helfen2) Berücksichtigung von Wiederbeschleunigung bei der Modellierung von relativistischen Elektronen3) Verwendung von aktiven Galaxien als Elektronenquelle4) Verknüpfung von Beobachtungen und Simulationen, um das Energiebudget von relativistischen Elektronen und die entsprechenden Beschleunigungseffizienzen zu bestimmen5) Darlegung der technischen Grenzen bei der Beobachtung von ReliktenDie Ergebnisse werden dabei helfen, zwei noch ungelöste Fragen im Verständnis von Radio Relikten zu beantworten: 1) Welche Werte haben die Beschleunigungseffizienzen? 2) Woher kommt der hohe Polarisationsgrad?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Denis Wittor, bis 12/2022