Neue kosmologische Modelle verhelfen uns zu besserem Verständnis der inneren Wirkungsweise des bekannten Universums
Die Beobachtung und die präzise Beschreibung von Galaxien und der Evolution des Weltraums zählen heute und in den kommenden Jahrzehnten zu den wichtigsten Forschungszielen in der Astrophysik. Im Rahmen größerer Experimente wird man in der Lage sein, die unendlichen Weiten des Alls zu scannen und zu analysieren, und somit gewaltige Mengen an Daten zu generieren, die dazu beitragen könnten, die innersten Abläufe im Universum zu verstehen. Um alle diese Informationen zu analysieren und die Evolution der universellen Strukturen zu erforschen, benötigen Forscher aktualisierte statistische Werkzeuge und theoretische Modelle, was mit dem durch Horizont 2020 finanzierten Projekt COSMOFLAGS erreicht werden soll. Der größte Teil der EU-Investitionen in Kosmologie der nahen Zukunft wird zwei zwei großen Experimenten zugute kommen: Euclid, ein von der europäischen Weltraumagentur ESA und der NASA finanzierter moderner Satellit, und das Square Kilometre Array, ein global koordiniertes Netzwerk von Radioteleskopen – das größte Projekt in diesem Feld bisher. Mit diesen Instrumenten werden Räume im All beobachtet, die zehn oder sogar hundert mal größer sind als diejenigen, die heute beobachtet werden. Man wird Cluster aus Galaxien suchen, die von Forscherteams anschließend analysiert und beschrieben werden können. Mit den Daten aus diesen Experimenten werden wir unser Verständnis der Gravitation verbessern können und wir werden sogar in der Lage sein, die komplexen physischen Vorgänge während der ersten Augenblicke, nachdem unser Universum entstand, in Augenschein zu nehmen. Im Rahmen des Projekts COSMOFLAGS wurde die geeignete, präzise, mathematische und physikalische Modellierung entwickelt, die für die Analyse dieser Daten benötigt wird. Außerdem wurden Möglichkeiten betrachtet, wie die Leistung beider Experimente zusammengefasst werden können. Durch die Kombination der Experimente im Rahmen des Projekts eröffneten sich für Wissenschaftler weit bessere Forschungsmöglichkeiten. Die Werkzeuge werden nicht nur für europäische Forscherteams, sondern für Wissenschaftlergruppen auf der ganzen Welt von Nutzen sein. „Wir haben gezeigt, dass einige Studien – darunter zum Beispiel, die Art und Weise, wie Gravitation funktioniert, und die Natur der schwarzen Löcher – nur durchgeführt werden können, wenn wir unterschiedliche Experimente kombinieren“, sagt Dr. Alvise Raccanelli, Kosmologe bei CERN und einer der leitenden Forscher im Projekt COSMOFLAGS. Noch sind in weiteren statistischen Mustern höherer Ordnung weitere Informationen verborgen, zum Beispiel Korrelationsfunktionen mit drei oder mehr Punkten. Diese erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass koordinierte Drillinge, Dreiecke, die aus größeren kosmologischen „Formen“ bestehen, gefunden werden. „Es hat sich gezeigt, dass diese wichtigen, in der Dreipunktfunktion enthaltenen Informationen extrem wertvoll sind, da sie etwas über die fundamentale Physik offenbaren, die bei der Entstehung des Universums eine Rolle spielten, sowie über die fundamentale Natur der Gravitation“, sagt Professorin Licia Verde von der Universidad de Barcelona in Spanien, Projektkoordinatorin von COSMOFLAGS. „Es ist allerdings sehr schwierig zu modellieren und zu messen, deshalb ist das Projekt so aufwändig.“ Auf der rein wissenschaftlichen Seite erzielte das Team die erwarteten Ergebnisse, man hat aber auch darauf aufgebaut und völlig neue und interessante Forschungswege eröffnet. „Insbesondere haben wir in der Gruppe Expertise in unterschiedlichen Feldern kombiniert, um mit der Untersuchung von Synergien zwischen Galaxiebeobachtung und Gravitationswellendetektoren zu beginnen“, sagt Dr. Raccanelli. Dr. Raccanelli dankt dem Europäischen Forschungsrat für dessen Vertrauen in seine Forschung und für die Finanzierung über einen Zeitraum von zwei Jahren, der Universität von Barcelona und insbesondere Prof. Licia Verde für die Einrichtung des Stipendiums und die Hilfe bei seiner Forschung. „Ich bin der Meinung, dass gemeinsame europäische Anstrengungen für die Forschung von grundlegender Bedeutung sind, um weltweit wettbewerbsfähig zu sein“, fügt er hinzu.
Schlüsselbegriffe
COSMOFLAGS, Weltraum, Galaxien, Kosmologie, Satellit, kosmologische Modelle, Universum, mathematische Modellierung
