Tests der Gravitation und dunklen Energie im lokalen Universum

• Antragsteller: Dr. Noam Isaac Libeskind
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426574938

Eine der erstaunlichsten Entdeckungen der Astrophysik des 21. Jahrhunderts ist die beschleunigte Expansion des Universums. Kosmologen haben sich auf zwei mögliche Erklärungen für dieses Phänomens konzentriert: Die allgemein akzeptierte paradigmatische Hypothese besagt, dass eine kosmologische Konstante (Vakuumenergie) die beschleunigte Expansion des Universums antreibt. Diese Annahme ist zwar unter Astronomen weitgehend akzeptiert, aber niemand kennt bisher die physikalische Natur dieser sogenannten "dunklen Energie”.Eine eher unorthodoxe Vorstellung ist, dass das Gesetz der Schwerkraft -die allgemeine Relativitätstheorie- möglicherweise auf großen Skalen modifiziert werden muss.In diesem Projekt untersuchen wir diese Idee genauer, indem wir das lokale Universum als kosmologisches Labor nutzen, um die Natur der Gravitation und der dunklen Energie zu studieren. Zu diesem Zwecke planen wir Simulationen der Strukturbildung im lokalen Universums, bei denen die Anfangsbedingungen durch Beobachtungsdaten so eingeschränkt werden, dass die Simulation die beobachtete kosmographische Landschaft des lokalen Universums reproduziert. Diese auf lokalen Beobachtungsdaten basierenden Simulationen werden "constrained simulations" genannt. Diese Simulationen werden unter Annahme beider Hypothesen durchgeführt, um die entsprechenden Effekte studieren zu können und letztendlich die Hypothesen zu bestätigen oder zu verwerfen. Solche “constrained simulations” können verwendet werden, anstatt statistisch ähnliche Strukturen zufällig zu simulieren. Die deutsche Seite ist weltweit führend in der Durchführung und Analyse dieser Simulationen, während die polnische Seite weltweit führend ist, Theorien der modifizierten Schwerkraft zu testen. Durch die Kombination unseres Fachwissens werden wir erstmals Modelle des Universums unter der Annahme studieren können, dass die allgemeine Relativitätstheorie - seit einem Jahrhundert unangefochten eine der Grundlagen der modernen Physik - nur eine Näherung auf kleinen Skalen ist. Unser Projekt wird grosse Auswirkungen auf Untersuchungen sowohl auf galaktischen Skalen als auch für die Strukturbildung im lokalen Universum haben und darüber hinaus die Forschung zu modifizierten Gravitationstheorien im allgemeinen stimulieren, da in der Literatur vorgeschlagene Theorien getestet und gegebenenfalls widerlegt werden können. Der Wert unserer Zusammenarbeit liegt auf der Hand. Da unsere Expertise so komplementär ist, erwarten wir einen andauernden Wissenstransfer zwischen der polnischen und der deutschen Seite, wobei die deutsche Seite neue Expertise im Bereich der modifizierten Gravitationstheorien erlangt und die polnische Seite bei “constrained simulations" zum Akteur wird. Dieses Projekt - LUSTRE (Local University Testing gRavity und Dark Energy) zielt darauf, das Lokale Universum als kosmologisches Labor zu nutzen, um die grundlegende Physik der Allgemeinen Relativitätstheorie und der kosmischen Beschleunigung zu erforsche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Dr. Wojciech A. Hellwing