Kosmische Leerräume: Grundlagenphysik vom Unerforschten Universum

• Antragsteller: Dr. Nico Hamaus
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439631294

Astronomen haben bereits einen Großteil des beobachtbaren Universums in beispielloser Detailtreue kartiert, was das Fachgebiet der Kosmologie zu einer hochpräzisen Wissenschaft etabliert hat. Das Standardmodell der Kosmologie liefert einen äußerst erfolgreichen Rahmen zur Interpretation diverser Beobachtungsgrößen, wie beispielsweise der großräumigen Verteilung von Galaxien, der Häufigkeit von Galaxienhaufen, den Distanzen zu Supernovae, oder der Mikrowellenhintergrundstrahlung. Diese Observablen machen allerdings nur einen winzigen Bruchteil des gesamten Materie- und Energiebudgets aus und haben aufgedeckt, dass das Universum hauptsächlich aus dunklen Komponenten noch unbekannten Ursprungs besteht. Dunkle Energie wird für dessen beschleunigte Expansion verantwortlich gemacht, die wie eine abstoßende Form der Schwerkraft agiert. Sie wirft eine der größten offenen Fragen unserer Zeit auf und ermutigt Wissenschaftler sogar nach Rissen in Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativität zu suchen. Dunkle Materie reguliert den Aufbau kosmischer Strukturen und krümmt die Pfade von Lichtstrahlen auf ihrem Weg durch die Raumzeit. Man geht davon aus, dass dunkle Materie aus Teilchen besteht, welche allerdings in Laborversuchen auf der Erde bisher weder erzeugt, noch detektiert werden konnten.Kosmische Leerräume - ausgedehnte Regionen relativ geringer Materiedichte, welche das gesamte Universum dominieren - liefern neue Hinweise zur Lösung dieser grundlegenden Fragen. Jüngste Durchbrüche in der Forschung haben aufgezeigt, dass Leerräume eine Fülle von kosmologischen Informationen bereithalten. Da diese Strukturen des Universums am stärksten von dunkler Energie dominiert sind, stellen sie einzigartige Laboratorien dar, um diese mysteriöse Substanz besser zu verstehen. Gleichzeitig bieten sie ungeahnte Möglichkeiten, die Eigenschaften der Gravitation zu erforschen, da die Folgen von Abweichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie in ihrem Inneren am auffälligsten in Erscheinung treten. Zudem ist der Aufbau der Leerräume ein Indikator für die Eigenschaften von dunkler Materie und Neutrinos, flüchtigen Teilchen die den Kosmos durchdringen. Dennoch wurden Leerräume von der Fachwelt für kosmologische Zwecke bisher weitgehend vernachlässigt. Dank enormer Fortschritte in Experimenten zu Himmelsdurchmusterungen eröffnet uns die aktuelle Generation von Teleskopen erstmals eine statistisch vollwertige Erfassung von kosmischen Leerräumen und erschließt damit eine neues Fenster für Forschung in der Grundlagenphysik. Ich beabsichtige dieses Potenzial mit gezielten Analysen von Leerräumen in modernen Simulationen und umfangreichen Beobachtungsdaten großskaliger Himmelsdurchmusterungen auszuschöpfen. Dies wird es mir ermöglichen unsere aktuellen Modelle der Kosmologie, der Gravitation und der Teilchenphysik besser einzuschränken. Zusätzlich birgt dies ein außerordentliches Potenzial für unerwartete Entdeckungen aus einem noch unerforschten Bereich des Universums.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen