Der erste Scultetus-Gastwissenschaftler forscht am CASUS in Görlitz: Dr. Shota Shibagaki wurde im Rahmen eines Scultetus-Programms für erfahrene Forscherinnen und Forscher ausgewählt. Der japanische Astrophysiker ist ein Experte für Supernova-Simulationen. Shota, der für diesen Forschungsaufenthalt von der Universität Breslau (Polen) ans CASUS kommt, hat hier im März ein neues Projekt über Kernkollaps-Supernovae begonnen.

Das Scultetus-Gastwissenschaftlerprogramm ist ein zentraler Bestandteil der CASUS-Bemühungen, Innovation, Zusammenarbeit und Wissensaustausch innerhalb der Forschungsgemeinschaft zu fördern. Es steht für das Engagement, sinnvolle Partnerschaften aufzubauen und Talente aus aller Welt zu fördern. „Scultetus-Gastwissenschaftlerinnen und -Gastwissenschaftler bereichern unser Institut mit ihrem Fachwissen und ihren frischen Perspektiven, sie bringen Energie in unsere Forschung und fördern interdisziplinäre Verbindungen“, sagt Dr. Weronika Schlechte-Wełnicz, Leiterin des Scultetus-Zentrums. Das Scultetus-Zentrum organisiert nicht nur kurze Forschungsaufenthalte für Forscherinnen und Forscher unterschiedlicher Erfahrungsstufen, sondern veranstaltet auch Workshops, Symposien, Konferenzen sowie Sommerschulen – jeweils mit thematischem Bezug zu komplexen Systemen.

Bei den von Shota Shibagaki untersuchten Kernkollaps-Supernovae handelt es sich um dramatische Explosionen von Riesensternen am Ende ihrer thermonuklearen Entwicklung, aus denen Neutronensterne und schwarze Löcher entstehen. Sie sind die energiereichsten Ausbrüche im modernen Universum mit einem Energieausstoß, der den einer ganzen Galaxie – mit Milliarden von Sternen – über mehrere Monate hinweg übersteigt. Das Verständnis solcher Ereignisse erfordert umfassende Kenntnisse über alle vier fundamentalen Naturkräfte – Schwerkraft, Elektromagnetismus, starke und schwache Wechselwirkung – sowie groß angelegte numerische Modellierungen.

Kernkollaps-Supernovae sind ein kosmisches Spektakel, das den dramatischen Abschluss von Sternen mit mehr als neun Sonnenmassen markiert. Trotz ihrer enormen Bedeutung haben herkömmliche Modelle Schwierigkeiten, die explosiven Energien, die diese kosmischen Ereignisse charakterisieren, genau vorherzusagen: Im Vergleich zu den gemachten Beobachtungen sagen die Modelle niedrigere Explosionsenergien voraus. Shotas Projekt ist ein Versuch, die Modellierung von Supernovae durch die nahtlose Integration neuester physikalischer Erkenntnisse in den Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie zu verbessern. Im Mittelpunkt dieses Vorhabens steht die Einbeziehung neuer mikroskopischer Zustandsgleichungen, mit denen die Kluft zwischen astrophysikalischen Beobachtungen und aktuellen Simulationen überbrückt werden soll.

An der Universität Wrocław arbeitet Shota derzeit als Adiunkt (Assistenzprofessor) in der Abteilung für Elementarteilchentheorie am Institut für Theoretische Physik. Er kam im Oktober 2021 von der Abteilung für Angewandte Physik an der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Fukuoka (Japan) an die Universität Wrocław. Seinen Doktortitel in Astronomie erwarb er 2017 an der Universität Tokio (Japan).

Für ein tieferes Verständnis des Weltalls

„Wir sind sehr dankbar, dass wir Shota hier am CASUS haben“, ergänzt Prof. David Blaschke, CASUS-Gastprofessor. „Sein Fachwissen, seine Leidenschaft und sein Engagement sind Katalysatoren für Innovation und Entdeckung. Ich bin sehr zuversichtlich, dass seine Ergebnisse uns zu einem tieferen Verständnis des Weltalls verhelfen werden.“

Shota nutzte bereits die Gelegenheit, sein Thema während seines dreimonatigen Aufenthalts am CASUS dem CASUS-Kollegium vorzustellen. Da die Rechenzeit ein großer Faktor ist, der einen schnelleren Fortschritt verhindert, insbesondere wenn es um mehrdimensionale Simulationen geht, könnte die Nutzung des Fachwissens am CASUS neue Wege eröffnen. Eine Simulation des Supernova-Segments, in dem die Explosion stattfindet, dauert beispielsweise in einer Dimension etwa zwei Wochen bis einen Monat, während sie in drei Dimensionen mehr als ein Jahr in Anspruch nimmt. Am CASUS wurde Shota in die am Zentrum entwickelten Surrogatmodelle eingeführt. Er hält sie für eine vielversprechende Methode und wird versuchen, sie für sein Forschungsthema nutzbar zu machen. „Eine Motivation, Shota Shibagakis Gastaufenthalt zu unterstützen, ist die Möglichkeit, akademische Brücken zwischen Wrocław und Görlitz zu schlagen. Die Vorstellung des Themas der Simulation von quantenchromodynamischen Phasenübergängen in Supernovae vor dem CASUS-Team wird sicherlich neue wissenschaftliche Kooperationen an vorderster Linie der Wissenschaft entfachen“, ist Blaschke überzeugt.