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Die aktuelle astrophysikalische Forschung am ZAH umfaßt in Theorie und Beobachtung ein breites Spektrum, von nahen Sternen, über die Milchstraße, Galaxien und Quasare bis zum Mikrowellenhintergrund. Darüber hinaus ist das ZAH an Bau und Entwicklung von Instrumenten (H.E.S.S., Lucifer, PRIMA) sowie an der Entwicklung von spezieller Soft- und Hardware beteiligt (AstroGrid-D, GRACE).

Ein besonderer Schwerpunkt wird durch den Sonderforschungsbereich SFB 439 "Galaxien im jungen Universum", an dem alle astronomischen Institute in Heidelberg beteiligt sind, repräsentiert.
Die Graduiertenschule über Fundamentale Physik der Exzellenzinitiative hat hingegen als Fokus den Zusammenhang zwischen Teilchenphysik und Kosmologie.

Sternentstehung und -entwicklung

Viele Aspekte der Sternentstehung aus dem Interstellaren Medium, wie der Gravitationskollaps, Astrochemie, Hydrodynamik und der Energie-/Strahlungstransport (ARI, ITA) werden modelliert. Die Physik der heißen Sterne (ITA, LSW) und Zustand und Dynamik der kompakten Überreste der Sternentwicklung (ARI, ITA) werden untersucht. Hierhin gehört auch die Untersuchung von Planetensystemen wie die Suche nach Exoplaneten (ARI, LSW), die Physik der Planetenentstehung von der Staubbildung bis zur Dynamik von Planetesimals (ARI, ITA) sowie die Erforschung von Objekten unseres Planetensystems (ARI, ITA) (ANGLES, PLANET).

Milchstraße und Galaxienentwicklung

Im Rahmen der Entwicklung von Galaxien als Ganzes werden 3 große Gebiete bearbeitet: i) Die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung, des Alters und der Kinematik von aufgelösten Sternpopulationen (ARI) reicht von den sonnennahen Sternen, über Sternhaufen, Scheibe und Halo unserer Milchstraße, bis zu Nachbargalaxien über die Grenzen der Lokalen Gruppe hinaus (SDSS, RAVE, Pan-STARRS, zukünftig Gaia). ii) Die Stellardynamik (ARI) behandelt die Entwicklung von Sternhaufen, die Struktur von Spiralgalaxien, die Wechselwirkung und Verschmelzung von Galaxien und von massereichen Schwarzen Löchern in Galaxienkernen (GALOCS, MODEST). iii) Die Analyse des Materiekreislaufs (ARI, ITA) umfasst die chemische Entwicklung der Sterne und des interstellaren Mediums sowie die Sternentstehungsgeschichte unserer Milchstraße und Nachbargalaxien.

In komplexen Modellen zur chemodynamischen Entwicklung von Galaxien (ARI, ITA) wird das Zusammenspiel all dieser Aspekte untersucht.

Kosmologie, Aktive Galaxien und Schwarze Löcher

Ein wesentlicher Aspekt der Entwicklung des Universums ist die Strukturbildung und die globale Entwicklung der Galaxien im dunklen Universum (DUEL, Planck): Entschlüsselung der Rätsel der dunklen Materie und der dunklen Energie (ITA); Untersuchungen zur Dunklen Materie in Galaxienhaufen (ARI, ITA); Beobachtungen und Analyse von Radiogalaxien, Quasaren, Blazars, Heimatgalaxien von QSOs (LSW); Akkretion und Jets von AGNs (LSW); Dynamik und Gravitationswellenabstrahlung von Schwarzen Löchern (ARI).