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Gemeinsamer Blick auf unser dynamisches Universum
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
27. Mai 2025
Wie beeinflussen Sternexplosionen oder die Entwicklung von
Galaxien unser heutiges Universum? Die Untersuchung von physikalischen
Prozessen, die auf völlig unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen, aber die
Entwicklung des gesamten Universums bestimmen können, steht im Mittelpunkt des
neu geförderten Exzellenzclusters "Unser dynamisches Universum" in Köln und
Bonn.
Beispiele, die die sehr unterschiedlichen
Zeitskalen unseres dynamischen Universums veranschaulichen -
von Pulsaren, über Überschallstöße und Sternentstehung bis hin
zu Galaxienhaufen.
Bild: ALMA, CXC, CSA, Durham,
EPFL, ESA, ESO, HST, JPL, NAOJ, NASA, NRAO, SAO, WMAP, Harvey,
Lotz, Massey, Bate, Haid, Springel [Großansicht] |
Was verbindet den Urknall mit einer Supernova und der Entstehung einer
Galaxie? Alle drei sind Ereignisse und Prozesse, die unser Universum geformt
haben. Was sie jedoch voneinander unterscheidet, ist der Zeitrahmen, in dem sie
stattgefunden haben, der von Sekundenbruchteilen bis zu Milliarden von Jahren
reicht. Forscher aus den Bereichen Astrophysik und Astroinformatik wollen
herausfinden, wie die Kopplung extrem unterschiedlicher Zeitskalen das heutige
Universum beeinflusst. Das Team unter Leitung von Stefanie Walch-Gassner und
Cristiano Porciani umfasst Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von den
Universitäten Köln und Bonn sowie vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt
(DLR) in Köln, dem Forschungszentrum Jülich (FZJ), dem Heidelberger Institut für
Theoretische Studien (HITS) und dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie in
Bonn (MPIfR). Das Konsortium war jetzt mit seinem Antrag in der Förderlinie
Exzellenzcluster im Rahmen der "Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder"
erfolgreich: Nach Begutachtung durch internationale Kommissionen wurde der
Cluster "Unser dynamisches Universum (Dynaverse)" zur Förderung ausgewählt.
"Die Bewilligung ermöglicht es uns, nachhaltige, grundlegende Strukturen an
den Universitäten Bonn und Köln zu etablieren und ein lebendiges,
interdisziplinäres Umfeld zu schaffen", sagt Walch-Gassner von der Universität
zu Köln, die Sprecherin des Projekts "Dynaverse". "Wir freuen uns besonders,
maschinelles Lernen und KI mit den wissenschaftlichen Herausforderungen der
gigantischen Datenmengen, die von Radioteleskopen wie dem Square Kilometer Array
(SKA) erzeugt werden, zu verknüpfen und unsere Studierenden in ihr Studium
einzubinden." Und Cristiano Porciani, zweiter Sprecher und Projektleiter des
neuen Exzellenzclusters am Argelander-Institut für Astronomie der Universität
Bonn, ergänzt: "Es ist ein großer Erfolg, dass unser Förderantrag "Dynaverse"
erfolgreich bewilligt wurde. Dies ist ein wichtiger Meilenstein für unsere
Forschung am Argelander-Institut und wird uns in den kommenden Jahren
entscheidend dabei unterstützen, unsere wissenschaftlichen Ziele
voranzutreiben."
Die Forscher stellen sich drei zentralen Aufgaben: Zum einen geht es um die
Frage, wie sich epochenübergreifende Prozesse wie die Galaxienentwicklung aus
Einzelbeobachtungen in einer "Zeitraffer-Astronomie" zu einem erklärenden "Film
des Universums" zusammensetzen lassen. Aber auch die "Zeitlupenastronomie"
spielt eine wichtige Rolle: Schnelle, vorübergehende Schlüsselereignisse wie
Supernova-Explosionen können diese langfristigen Prozesse beeinflussen. Die
dritte Herausforderung besteht darin, entscheidende Wendepunkte, die sogenannten
"kosmischen Verbiegungen", aufzudecken, die dem jungen, expandierenden Universum
Struktur und Licht gegeben haben. Nur durch die Verknüpfung der physikalischen
Prozesse auf verschiedenen Zeitskalen lässt sich ein vollständiges Bild des
dynamischen Universums entwickeln. "Dynaverse" wird den Weg für neue
Technologien zur Erforschung und Quantifizierung dieser Prozesse bereiten.
"Eine große Stärke des Dynaverse-Exzellenzclusters ist die Einbeziehung von
Projektleitern aus der Astronomie und der Informatik", so Laura Spitler,
Leiterin einer unabhängigen Lise-Meitner-Forschungsgruppe am MPIfR. "Um die
bestmögliche Wissenschaft mit den Teleskopen der nächsten Generation zu
realisieren, müssen wir zusammenarbeiten, und 'Dynaverse' wird die Region
Bonn-Köln zu einem weltweiten Kompetenzzentrum für Astroinformatik machen." Das
unterstreicht auch Vivek Venkatraman Krishnan vom MPIfR: "Ich freue mich
besonders über die rechtzeitige Einrichtung dieses Clusters. In Kombination mit
dem rasanten Wachstum der Künstlichen Intelligenz, des Big-Data-Managements und
des High Performance Computing ist 'Dynaverse' bestens gerüstet, um das Maximum
an Wissenschaft aus den riesigen Datenmengen herauszuholen, die von aktuellen
und zukünftigen Radioanlagen erzeugt werden."
Um die Herausforderungen zu meistern, stützt sich der Exzellenzcluster auf
folgende Kompetenzsäulen, die eine wesentliche Stärke des Bonn/Kölner Raums
sind: erstens die Entwicklung modernster Detektoren und Instrumente für
internationale Teleskope, zweitens das Management zahlreicher großer
Beobachtungsprogramme, drittens erstklassige Laborastrophysik und viertens die
Simulation der Dynamik von Planeten, Sternen und Galaxien auf
Hochleistungsrechnern. "Entscheidend für den Erfolg wird die Nutzung der
riesigen und heterogenen Datenmengen mit innovativen Methoden sein", sagt
Walch-Gassner. Deshalb wollen die Experten aus Astrophysik, Informatik und
Mathematik maßgeschneiderte KI-Methoden im Rahmen einer fünften Säule, der
Astroinformatik, etablieren.
Alle Daten und Erkenntnisse sollen in der "Shared Universe Engine" (SUE),
einer intelligenten Open-Source-Plattform, zusammengeführt werden. SUE wird so
zu einem virtuellen, kollaborativen Arbeitsraum. Ein wesentlicher Bestandteil
von "Dynaverse" ist auch die Ausbildung der nächsten Generation von Forschern
und Studenten in den neuen Technologien und Methoden. Darüber hinaus ist die
Förderung von Schülern und Lehrern ein grundlegendes Anliegen, wobei SUE als
vielseitige Anwendung konzipiert ist, die ganz selbstverständlich die Bereiche
Bildung und Öffentlichkeitsarbeit integriert und mitdenkt.
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