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Physikalisch betrachtet hält die Kosmologie viele Überraschungen bereit

Modelle der großmaßstäblichen Evolution des Universums vereinfachen bei ihrem Start die Physik, um das große Ganze einzufangen. Das Hinzufügen von mehr Realitätsnähe anhand von Begriffen wie Nichtlinearität und Rückreaktion kann unerwartete Effekte zeigen.
Physikalisch betrachtet hält die Kosmologie viele Überraschungen bereit
Im Lauf des letzten Jahrzehnts hat die Kosmologie aufgrund der riesigen Menge neuer präziser Beobachtungsdaten eine Revolution durchlaufen. Diese Daten deuten stark auf die Existenz von zwei Perioden der beschleunigten Expansion in der Geschichte des Universums hin. Eine liegt im Ur-Universum - die sogenannte Inflationsphase, und eine in der Gegenwart.

Daten und Modelle sind meist über die Störungstheorie miteinander verknüpft. Jenseits der einfachen linearen Ordnung erscheinen jedoch viele interessante Effekte wie etwa die Nicht-Gaußheit (Non-Gaussianity). Dazu zählen zum Beispiel die Effekte der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (Cosmic Microwave Background, CMB) und der Rückreaktion (Backreaction, BR).

Quanten-BR von primordialen Fluktuationen können die Dynamik des frühen Universums und seine Beobachtungssignaturen erheblich modifizieren, während die klassische BR großräumiger Strukturen (large scale structure, LSS) zu der beobachteten Beschleunigung zu einem späteren Zeitpunkt beitragen könnte. Ziel des Projekts NEBRIC (Non-linear effects and backreaction in classical and quantum cosmology) war die genauere Quantifizierung dieser nichtlinearen Effekte.

In jüngster Zeit hat das Interesse an der Entwicklung kosmologischer Ansätze für die während der Inflation in Galaxien und Clustern zu beobachtenden Magnetfelder zugenommen. Das Projekt hat demonstriert, dass die adiabatische Renormalisierung der Zweipunktfunktion des Magnetfelds bei der Erzeugung eines inflationären Magnetfelds nicht umsetzbar ist.

Innerhalb eines chaotischen Inflationsmodells wurden die Rückreaktionseffekte aufgrund langwelliger Skalar- und Tensorschwankungen auf den effektiven Hubble-Faktor und die Zustandsgleichung (in Bezug auf verschiedene Klassen von Betrachtern) untersucht. Man zeigte, wie sich die beobachtete Dynamik für einen Testfeldbeobachter von dem Hintergrundäquivalent unterscheiden kann.

Die im Rahmen von NEBRIC durchgeführte Forschung ergab neu formulierte Instrumente. Diese fanden Anwendungen auf dem Gebiet der relativistischen Kosmologie, insbesondere bei der Untersuchung der nichtlinearen und relativistischen Physik, um Daten aus LSS-Durchmusterungen und CMB-Experimenten zu extrahieren.

Das Projekt hat nachgewiesen, wieso die Auswirkungen der stochastischen Inhomogenitäten auf kosmologische LSS-Observable nicht für die gegenwärtige Beschleunigung des Universums verantwortlich sein können. Zum Vergleich mit Beobachtungen aus LSS-Durchmusterungen ist das Bispektrum der Galaxiezahl berechnet worden. Die Untersuchung hat ergeben, auf welche Weise die Auswirkungen von Inhomogenitäten auf lokale Messungen berücksichtigt werden müssen. So sind die unterschiedlichen Werte der Hubble-Parameter zu erklären, die mit verschiedenen Messverfahren erzielt werden.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Kosmologie, Störungstheorie, kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, Hubble-Parameter
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