Gibt es dunkle Energie?
Die einfachste Erklärung für die beschleunigte Expansion ist die kosmologische Konstante, die zuerst von Einstein eingeführt wurde, aber ihr geforderter Wert kann durch die aktuelle Physik nicht erklärt werden. Alternativ könnte es sein, dass es keine dunkle Energie gibt. Eine lang angelegte Modifikation der Schwerkraft könnte für die Beschleunigung des Universums der späten Zeit verantwortlich sein. Gefördert durch die EU studierte das MGATDE-Projekt (Modified gravity as an alternative to dark energy) theoretische Ideen, um die allgemeine Relativitätstheorie im großen Maßstab zu modifizieren. Eine Idee war, die so genannte Galileon-Wechselwirkungen zu verwenden. Die Forscher zeigten, dass bei den Modellen mit diesen Galileon-Wechselwirkungen es möglich ist, Beschleunigungslösungen ohne die kosmologische Konstante zu finden. Die Idee der Galileon-Wechselwirkungen wurde verwendet, um konsistente nichtlineare massive Gravitationsmodelle zu entwickeln. Eine weitere Frage war, ob das Graviton eine Masse hat. Das Team fand Lösungen, die den Vainshtein-Mechanismus aufweisen, unter dem die Allgemeine Relativitätstheorie auf kleinen Skalen wieder hergestellt ist. Sie entdeckten auch instabile Lösungen, bei denen die Beschleunigung des Universums durch eine kleine Graviton-Masse erklärt wird. Aus einer Beobachtungsperspektive heraus gesehen, bestand das Hauptziel darin, effiziente Wege zu entwickeln, um Beobachtungsdatensätzen zu verwenden, mi denen modifizierte Schwerkraft-Modelle von Dunkle-Energie-Modellen auf der Basis der Allgemeinen Relativitätstheorie unterschieden werden können. MGATDE zeigte, dass eine weltraumgestützte Erhebung, die Lensing und eigentümliche Geschwindigkeitsmessungen umfasste, erheblich die Modifikationen an der allgemeinen Relativitätstheorie erheblich beschränken kann. Obwohl es möglich ist, die allgemeine Relativitätstheorie in einer modellunabhängigen Art und Weise auf großen Skalen zu testen, gibt es auch Informationen über kleine Skalen, wo die Bündelung von dunkler Materie nichtlinear wird. Das Projekt entwickelte einen Störungstheorieansatz, um die nicht-lineare Gleichung für den Skalar-Modus zu lösen. Dies beinhaltete die Entwicklung eines selbstanpassenden Partikel-Mesh-N-Körper-Codes, um Simulationen in modifizierten Gravitationsmodellen auszuführen. Dadurch wird die Verwendung einer großen Menge an Informationen über nichtlineare Skalen möglich, um modifizierte Gravitationsmodelle zu testen. In den nächsten zehn Jahren werden massive astronomische Erhebungen die Prüfung der theoretischen Ideen, die in diesem Projekt entwickelt wurden, ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Dunkle Energie, allgemeine Relativitätstheorie, kosmologische Konstante, Schwerkraft, MGATDE
