DFG-NSF: Tests der Kovarianten Emergenten Gravitation anhand von Beobachtungen

• Antragstellerin: Dr. Sabine Hossenfelder
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425193302

In dem hier vorgeschlagenen Projekt wird eine neue Erklärung für Dunkle Materie und Dunkle Energie untersucht. Wir wollen herausfinden, ob die neue Theorie auf die Beobachtungen von galaktischen Rotationskurven und starken Gravitationslinsen passt. Zahlreiche Beobachtungen weisen darauf hin, dass unser Universum zwei wenig verstandenen Substanzen zum Inhalt hat: Dunkle Materie und Dunkle Energie. Diese können kollektiv als Flüssigkeiten mit Druck und Energiedichte parameterisiert werden, aber ihre mikroskopischen Eigenschaften und Ursprünge sind derzeit unbekannt.Dunkle Materie als eine Flüssigkeit zu beschreiben funktioniert gut, aber insbesondere für die Dynamik von Galaxien hat diese Beschreibung Nachteile. Sie sagt zum Beispiel vorher, dass die Energiedichte der Dunklen Materie in Galaxienzentren sehr hoch sein sollte, und das große Galaxien viele kleine Satellitengalaxien haben sollten, was wir nicht beobachten.Für Galaxien gibt es stattdessen eine andere Erklärung, die besser funktioniert. Diese andere Erklärung ist, dass das Gesetz der Schwerkraft geändert werden muss, was als "Modifizierte Gravitation" bekannt ist. Die Modifizierte Gravitation funktioniert gut für Galaxien, aber nicht so gut unter anderen Umständen, wie in etwa im frühen Universum und für Galaxienhaufen. In diesem Projekt wollen wir der Idee nachgehen, dass die Wahrheit in der Mitte ist. Dafür benutzen wir ein kürzlich entwickeltes Modell namens "Kovariante Emergente Gravitation". In der Kovarianten Emergenten Gravitation ist die normale Gravitationskraft in Galaxien modifiziert, und man erhält zudem Dunkle Energie. In vorherigen Arbeiten haben wir gezeigt, dass dieses Modell gut auf manche der existierenden Daten passt. Ein Teil dieses Projektes ist, in mehr Detail zu untersuchen, ob das Modell zu den (bereits erhobenen) Daten passt, insbesondere zu galaktischen Rotationskurven und starken Gravitationslinsen. Die Kovariante Emergente Gravitation beschreibt desweiteren ein Kondensat bei niedriger Temperatur. Bei hoher Temperatur hingegen sollten die Effekte der Modifizierten Gravitation schwächer werden und letztlich ganz weg gehen. Um zu verstehen, genau wie und unter welchen Umständen das passiert, muss die Theorie erst weiter entwickelt werden. Auch das soll in diesem Projekt getan werden. Wenn diese Projekt gut läuft, können die Ergebnisse starke empirische Hinweise auf die Natur der Dunklen Materie liefern und so ein Rätsel lösen, mit dem sich Astrophysiker schon seit den 30er Jahren plagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Stacy S. McGaugh, Ph.D.