Galaxien und Quasare

Wir untersuchen die Struktur und Zusammensetzung von Galaxien, indem wir die Spektren ihrer verschiedenen Bereiche analysieren. Unsere Galaxien sind typischerweise zu weit entfernt, als dass noch einzelne Sterne zu erkennen wären, aber immer noch nahe genug, um ihre Strukturen gut auflösen zu können. Wir messen kinematische Muster, um daraus geordnete Bewegungen wie Rotation, Einfall oder Ausfluss, aber auch zufällige Bewegungen erkennen zu können. In Kombination mit dynamischen Modellen ziehen wir Rückschlüsse auf die Entstehungsgeschichte verschiedener Galaxientypen, und wir verwenden stellare Populationsmodelle, um den Verlauf der Sternentstehung zu rekonstruieren. Wir interessieren uns für das Wechselspiel von interstellarem Gas in Galaxien, beobachtbar durch charakteristische Emissionslinien, und den Sternen, die diese Gaswolken einbetten und umgeben. Wir sind an mehreren der größten integralfeld-spektroskopischen Durchmusterungen wie ATLAS3D, CALIFA und SAMI beteiligt.

Zwar enthält wahrscheinlich jede Galaxie oberhalb einer bestimmten Masse in ihrem Zentrum ein extrem massereiches schwarzes Loch (supermassive black hole, SMBH), aber die Anzahl der SMBHs, die tatsächlich durch ihre Gravitationskraft nachgewiesen werden konnte, ist immer noch recht klein. Wir befassen uns mit der Suche nach neuen SMBHs, insbesondere in bisher eher unterrepräsentierten Galaxientypen. Wir untersuchen Schwarze Löcher aber auch in ihrer viel heftigeren Ausprägung als Aktive Galaxienkerne (active galactic nuclei, AGN), und zwar über die gesamte Bandbreite der damit verbundenen Phänomene: von leuchtschwachen AGN, die nur durch sorgfältige Analyse der Zentralregionen von Galaxien quasi freigelegt werden können, bis hin zu leuchtkräftigen Quasaren, also Objekten, die ihre Wirtsgalaxien völlig überstrahlen und enorme Mengen an harter Strahlung in den Kosmos abgeben. Von besonderem Interesse für uns ist die Frage, wie stark AGN ihre Wirtsgalaxien beeinflussen und verändern können, sei es durch ihre Strahlung oder durch das Treiben großräumiger Materieausflüsse.

Sogenannte "blinde" spektroskopische Durchmusterungen mit Panorama-Integralfeldspektrografen sind eine radikal neue Methode, die Entwicklung von Galaxien als Funktion der Rotverschiebung und der kosmischen Zeit zu untersuchen. Mit dem MUSE-Instrument erforschen wir ausgewählte Regionen, die zuvor schon mit dem Hubble-Weltraumteleskop und anderen wichtigen Weltraummissionen beobachtet wurden. In diesen "Deep Fields" konnten wir für eine große Anzahl extrem lichtschwacher Galaxien Spektren erhalten und die Galaxien identifizieren, viele davon weit unterhalb aller bisherigen Nachweisgrenzen. Darüber hinaus sind wir auch an HETDEX beteiligt, einer konzeptionell ähnlichen "blinden Durchmusterung", die allerdings (im Unterschied zu MUSE) auf große Himmelsareale und entsprechend helle Objekte abzielt.

Galaxien sind von großen Mengen an Gas umgeben, dem sogenannten zirkumgalaktischen Medium (circumgalactic medium, CGM). Aufgrund seiner geringen Dichten ist das CGM extrem schwierig zu beobachten. Kürzlich ist es uns gelungen – zum ersten Mal in Einzelobjekten – ausgedehnte Lyman-α emittierenden Hüllen als Standardphänomen um normale sternbildende Galaxien bei hohen Rotverschiebungen nachzuweisen. Wir erforschen die Eigenschaften und die Dynamik dieser gasförmigen Halos und erkunden die Mechanismen, die für die Lyman-α-Emission verantwortlich sind. Wir haben auch damit begonnen, unsere CGM-Studien auf andere (schwächere) Linien und niedrigere Rotverschiebungen auszuweiten.