Wechselspiel der kosmischen Materie

Sonderforschungsbereich in der Astronomie wird weitergefördert

Am Himmel ist die Hölle los: Sterne entstehen und vergehen, geladene Teilchen, Strahlen und Neutrinos treffen aufeinander und beeinflussen sich gegenseitig. Die Wechselwirkungen im Weltall untersucht seit 2022 der Sonderforschungsbereich 1491 „Wechselspiel der kosmischen Materie“. Die Forschenden können ihre Arbeit vier weitere Jahre lang fortsetzen: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft bewilligte die Weiterförderung des SFB um Sprecherin Prof. Dr. Julia Tjus an der Ruhr-Universität Bochum ab 1. Juli 2026. 

• Webseite des Sonderforschungsbereichs 

Entstehungsmechanismen aufdecken

„Während unser Verständnis der grundlegenden Bausteine der Materie bereits gut etabliert ist, stellen die spezifischen Wechselwirkungen, die für Multimessenger-Emissionen aus Galaxien über einen breiten Bereich von Energien und Teilchensorten verantwortlich sind, nach wie vor eine wichtige Forschungsfrage dar“, sagt Julia Tjus. Durch die Kombination von Untersuchungen der kosmischen Strahlung mit Experimenten der Teilchenphysik will das Team des Sonderforschungsbereichs die Entstehungsmechanismen von hochenergetischen Teilchen, Gammastrahlen und Neutrinos aufdecken. Eine computergestützte Modellierung soll darüber hinaus das Zusammenspiel geladener Teilchen und turbulenter elektromagnetischer Felder auf Plasmaebene erhellen.

Fragen zur dunklen Materie

Da die sichtbare Materie zudem nur ein Fünftel des Universums ausmacht, bleibt das Verständnis der Natur der dunklen Materie eine der größten Herausforderungen der modernen Wissenschaft. „Vor vier Jahren haben wir mit der Arbeit an einer einheitlichen Beschreibung der kosmischen wechselwirkenden Materie begonnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Teilchen-, Plasma- und Astrophysik zusammengebracht, um drei zentrale wissenschaftliche Fragen zu erörtern“, sagt Julia Tjus:

1. Welche Wechselwirkungen gibt es zwischen magnetisierten, turbulenten astrophysikalischen Plasmen und der kosmischen Strahlung, und welche Rückschlüsse lassen sich daraus auf den Ursprung der kosmischen Strahlen ziehen?
2. Wie helfen uns Präzisionsmessungen von Teilchenwechselwirungen, die astrophysikalischen Signaturen der kosmischen Strahlung zu verstehen?
3. Welche Zusammenhänge bestehen zwischen den Signaturen sichtbarer und dunkler Materie?

In der ersten Förderphase wurden globale Strukturen entwickelt, die anhand einzelner Beispiele getestet wurden. In der zweiten Förderphase wird der Schwerpunkt auf der Quantifizierung und Systematisierung dieser Rahmenkonzepte liegen. „Aufbauend auf den Ergebnissen der vergangenen vier Jahre werden wir unseren Ansatz zur Entwicklung von Methoden zur Überbrückung von Grenzen weiter ausbauen, um unsere grundlegenden Fragen in den kommenden Jahren zu beantworten“, sagt Julia Tjus.