NGF088 – Das unsichtbare Universum

Dunkle Materie, kosmische Magnetfelder oder Schwarze Löcher – vieles von dem, was die moderne Astrophysik erforscht, können wir nicht direkt beobachten. Woher wissen wir also, dass diese Dinge existieren, und was können wir überhaupt über sie herausfinden?

Darüber spreche ich mit dem Astrophysiker Marcus Brüggen von der Universität Hamburg. Wir schauen uns an, was „Beobachten“ in der modernen Astronomie eigentlich bedeutet, wie aus schwachen Signalen Erkenntnisse entstehen und welche Rolle Simulationen und indirekte Beweise dabei spielen. Außerdem sprechen wir darüber, wie Forschende mit Unsicherheiten umgehen, wo die Grenzen heutiger Beobachtungen liegen und welche offenen Fragen die Astrophysik noch beschäftigen.

Gespräch mit Marcus Brüggen

• Marcus Brüggen ist Professor für Astrophysik an der Universität Hamburg und forscht an der Hamburger Sternwarte. Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehören die astrophysikalische Fluiddynamik, Radioastronomie, Hochenergieastrophysik und Astroteilchenphysik. Dabei beschäftigt er sich unter anderem mit Galaxienhaufen, aktiven Galaxienkernen, kosmischen Magnetfeldern und Dunkler Materie.
• Mehr über Marcus und seine Forschung gibt es auf seiner Profilseite an der Universität Hamburg sowie bei der Forschungsgruppe Extragalaktische Astrophysik.
• Eine Übersicht über seine wissenschaftlichen Veröffentlichungen findet sich im NASA Astrophysics Data System (ADS).

Weitere Folgen zum Thema Astronomie

• Nachgefragt 32 über Asteroiden mit Florian Freistetter
• Nachgefragt 41 über Neutrinos mit Prof. Julia Tjus

Bildnachweise

• Marcus Brüggen
  Foto: Carsten Dammann
  Das Bild zeigt den Astrophysiker Prof. Marcus Brüggen, den Gesprächsgast dieser Folge 🙂
• Hubble eXtreme Deep Field
  Bild: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee und P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University) und das HUDF09 Team
  Das aus Hubble-Beobachtungen zusammengesetzte Deep Field zeigt rund 5.500 Galaxien in unterschiedlichen Entwicklungsstadien und ermöglicht damit einen Blick über Milliarden Jahre kosmischer Geschichte.
• Simulation des kosmischen Netzes
  Bild: Volker Springel / Max-Planck-Institut für Astrophysik,
  CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
  Dieses kosmische Netz ist keine Aufnahme des Himmels, sondern das Ergebnis einer Simulation. Solche Simulationen helfen dabei nachzuvollziehen, wie sich aus den Bedingungen im frühen Universum die großräumigen Strukturen entwickeln konnten, die wir heute beobachten.
• Erstes Bild eines Schwarzen Lochs
  Bild: Event Horizon Telescope Collaboration
  Das berühmte erste Bild von M87* zeigt streng genommen nicht das Schwarze Loch selbst, sondern die Strahlung des heißen Materials in seiner unmittelbaren Umgebung. Das Schwarze Loch bleibt unsichtbar – und verrät sich durch das, was um es herum geschieht.
• Galaxienhaufen Abell 520.
  Bild: NASA, ESA, CFHT, CXO, M. J. Jee (University of California, Davis) und A. Mahdavi (San Francisco State University).
  Bei Abell 520 werden verschiedene Beobachtungen miteinander kombiniert, um sichtbar zu machen, wo sich Masse im Galaxienhaufen befindet. Wo die Dunkle Materie liegt, lässt sich dabei nur indirekt aus ihrer gravitativen Wirkung bestimmen.
• LOFAR Superterp
  Bild: LOFAR / ASTRON, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons
  So sieht ein Teil von LOFAR aus – ganz anders als das klassische Bild eines Teleskops. Viele einzelne Antennen arbeiten hier zusammen, um sehr schwache Radiosignale aus dem Universum aufzuspüren. Im Gespräch geht es darum, wie schwierig es sein kann, solche Signale überhaupt zu messen und von Störungen zu unterscheiden.
• Odd Radio Circle ORC J2103−6200
  Bild: Jayanne English / MeerKAT, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
  Dieser grünliche Ring ist ein sogenannter Odd Radio Circle – eine Klasse von Radioquellen, die erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde und deren Entstehung noch nicht abschließend verstanden ist. Neue Beobachtungsmöglichkeiten liefern eben nicht nur Antworten, sondern manchmal auch Phänomene, von denen vorher niemand wusste.
• ALMA-Aufnahme der Galaxie 9io9
  Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J. Geach et al., CC BY 4.0
  Die Galaxie 9io9 sehen wir hier über ihre Radiostrahlung; die feinen Linien zeigen Informationen, die aus der Polarisation gewonnen wurden. Auch die Polarisation des Lichts ferner Galaxien lässt sich nutzen, um zu untersuchen, was auf seinem langen Weg durch das Universum mit dem Licht passiert – und darüber möglicherweise mehr über Dunkle Energie zu erfahren.

Shownotes:

• Kosmisches Netz
• Paper über kosmologische Simulationen zur Entstehung großräumiger Radioemission in Galaxienhaufen von Beduzzi, Vazza, Cuciti, Brunetti, Brüggen und Wittor (2024).
• Paper über kosmologische Simulationen verschiedener Modelle selbstwechselwirkender Dunkler Materie von Fischer, Brüggen et al. (2022).
• NASA: The Electromagnetic Spectrum – Einführung in die verschiedenen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, mit denen das Universum beobachtet wird.
• NASA: Black Holes – Grundlagen zu Schwarzen Löchern und ihrer Beobachtung.
• Paper über Magnetfelder und relativistische Elektronen in Galaxienhaufen von Botteon, van Weeren, Brunetti, Brüggen et al. (2022).
• ESO: Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs M87 – Wie polarisiertes Licht genutzt wird, um Magnetfelder unmittelbar um ein supermassereiches Schwarzes Loch zu untersuchen.
• Dunkle Materie
• Paper über Simulationen häufig selbstwechselwirkender Dunkler Materie von Fischer, Brüggen, Schmidt-Hoberg et al. (2021).
• Paper über kosmologische Simulationen seltener und häufig selbstwechselwirkender Dunkler Materie von Fischer, Brüggen, Schmidt-Hoberg et al. (2022).
• Paper über den Einfluss baryonischer Materie auf Verschmelzungen selbstwechselwirkender Dunkler Materie von Fischer, Durke, Hollingshausen, Hammer, Brüggen und Dolag (2023).
• NASA: Dark Matter – Überblick über die Beobachtungen, aus denen wir auf die Existenz Dunkler Materie schließen.
• NASA: Hubble and Dark Matter – Wie unter anderem Gravitationslinsen genutzt werden, um Dunkle Materie zu kartieren.
• NASA: Dark Matter Core Defies Explanation – Der Galaxienhaufen Abell 520 als Beispiel dafür, wie die Verteilung Dunkler Materie indirekt rekonstruiert wird.
• Radioastronomie
• Paper über Magnetfelder, relativistische Elektronen und extrem schwache großräumige Radioemission in Galaxienhaufen von Botteon, van Weeren, Brunetti, Brüggen et al. (2022).
• Paper über die Suche nach schwacher diffuser Radioemission an einer Schockfront im Galaxienhaufen MACS J0744.9+3927 von Wilber, Brüggen et al. (2018).
• Odd Radio Circle
• Paper über die Entdeckung eines Odd Radio Circle und zweier Radio-Relikte mit MeerKAT von Koribalski, Veronica, Dolag, Reiprich, Brüggen et al. (2024).
• Dunkle Energie
• Paper über einen neuen Ansatz zur Untersuchung kosmischer Doppelbrechung mithilfe der Polarisation und Form von Galaxien von Yin, Dai, Huang, Ji und Ferraro (2025).
• Paper über die Untersuchung kosmischer Doppelbrechung mithilfe der Polarisation weit entfernter Radiogalaxien von Naokawa et al. (2026).
• Paper über neue Physik und kosmische Doppelbrechung anhand polarisierten Lichts der kosmischen Hintergrundstrahlung von Komatsu (2022).