Sonderforschungsbereich in der Astronomie wird weiter gefördert

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 die Bochumer SFB-Sprecherin Prof. 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 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Teilchen-, Plasma- und Astrophysik zusammengebracht, um drei zentrale 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 Teilchenwechselwirkungen, 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.

Exzellente Teilchenphysik im Ruhr Innovation Lab

Der nun verlängerte SFB ist zusammen mit dem Exzellenzcluster „Color meets Flavor“, das die TU Dortmund gemeinsam mit Partnern eingeworben hat, ein Beleg für die Forschungsstärke der RUB und der TU Dortmund in der Physik. Die Teams aus Bochum und Dortmund vereinen in einem von insgesamt vier Forschungsschwerpunkten des Ruhr Innovation Lab die Bereiche Teilchen-, Hadronen-, Astro- und Plasmaphysik: Der Forschungsschwerpunkt „Matter in Terrestrial & Cosmic Laboratories“ zielt darauf ab, die Lücke zwischen kontrollierten Labormessungen und hochenergetischen kosmischen Beobachtungen zu schließen und eine integrierte Perspektive zu entwickeln. Dies soll neue Schlussfolgerungen und Erkenntnisse ermöglichen, um Materie von der Quanten- bis zur Ensembleebene zu verstehen. 

Mehrere Arbeitsgruppen der TU Dortmund an SFB beteiligt

Von der TU Dortmund sind mehrere Arbeitsgruppen am SFB 1491 beteiligt: Astroteilchenphysiker*innen um die Professoren Wolfgang Rhode – Co-Sprecher des SFB – und Christian Glaser sowie Dr. Dominik Elsässer, die Daten von mehreren großen Experimenten wie IceCube in der Antarktis, MAGIC auf La Palma und künftig CTAO ebenfalls auf La Palma sowie in Chile nutzen, sowie Teilchenphysiker*innen um die Professoren Johannes Albrecht und Kevin Kröninger sowie Dr. Felix Riehn, die am CERN in der Schweiz an den Experimenten LHCb und ATLAS beteiligt sind und außerdem zur Modellierung von Hadronenkollisionen forschen. Die Forschenden kooperieren im SFB eng mit dem Lamarr-Institut, um die Daten der Experimente mit Methoden des Maschinellen Lernens und der Künstlichen Intelligenz auszuwerten. 

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