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Understanding the Origin of Cosmic Structure

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Verschiedene Datenquellen zur Erforschung der Anfänge des Universums nutzen

Das EU-finanzierte Projekt CosmicDawn greift auf theoretische und beobachtende Forschung zurück, um den Ursprung unseres Universums besser zu verstehen.

Weltraum

Mit dem Start des Planck-Satelliten im Jahr 2009 machte sich die Europäische Weltraumorganisation (ESA) an die Abbildung der kosmischen Hintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist. Obwohl seitdem große Datenmengen zum frühen Universum gesammelt worden sind, bleiben viele Fragen unbeantwortet: Worauf gehen die ersten Fluktuationen in der Dichte des Universums zurück? Warum ist das Universum so groß, aber hauptsächlich leer? Warum ist es räumlich so flach? Um diese und andere Fragen zu beantworten, kombinierte CosmicDawn theoretische und beobachtende Forschung, damit ein besseres Verständnis vom Ursprung der kosmischen Struktur erlangt werden kann. „Unser Verständnis von den Ursprüngen der Fluktuationen im frühen Universum umfasst eine ganze Reihe von Annahmen“, sagt Projektkoordinatorin Dr. Hiranya Peiris. „Wir möchten diese fundamentalen Annahmen und dazu auch spezifische Modelle prüfen.“ Die Inflationstheorie Ein wichtiger Bestandteil der Projektarbeit ist die Inflation – ein theoretischer Rahmen, der verwendet wird, um die beschleunigte Ausdehnung des Weltraums unmittelbar nach dem Urknall zu beschreiben. „Inflation ist ein Mechanismus, durch den man dem sehr frühen Universum Struktur verleihen kann und der dabei hilft, manche klassischen Rätsel im Zusammenhang mit dem Urknall zu erklären“, sagt Dr. Peiris. Zur Prüfung der Inflationstheorie griffen die Forscher auf die Daten zur kosmischen Hintergrundstrahlung zurück, die vom Planck-Satelliten gesammelt wurden und auf Daten, die von großen Galaxiendurchmusterungen stammten. Auch wenn die beiden Ansätze verschiedene Zeitperioden des Universums durchmustern, ergänzen sich beide Datentypen dahingehend, dass sie den Forschern im Wesentlichen die Abbildung des frühen Universums ermöglichen. „Durch Prüfen eines kosmologischen Modells mit den kosmischen Hintergrundstrahlungsdaten lässt sich vorhersagen, was bei einer Galaxiendurchmusterung des späten Universums zu sehen sein sollte“, erklärt Dr. Peiris. Fortschritte erzielt, weitere Arbeit erforderlich Im Rahmen des Projekts entdeckten die Forscher, dass die Modelle nicht „natürlich“ zu den Theorien der fundamentalen Physik passten, auch wenn die einfachsten inflationären Modelle mit den Daten kompatibel waren. Infolgedessen mussten sich die Forscher neuen Ansätzen zuwenden, um die fundamentale Physik eingehender zu untersuchen. Dies beinhaltete die Verwendung von Tools aus der numerischen Relativitätstheorie und die Modellierung von Festkörpersystemen – letztgenannte könnten eventuell die Durchführung von Laborstudien zu den physikalischen Prozessen ermöglichen, die im frühen Universum stattgefunden haben. Insgesamt seien im Rahmen des Projekts laut Dr. Peiris erhebliche Fortschritte erzielt worden: „Wir haben sehr starke Randbedingungen herausgearbeitet, um die Reihe von Mechanismen einzugrenzen, durch die eine kosmische Struktur im sehr frühen Universum hätte erzeugt werden können“, sagt sie. „Ebenso wichtig ist, dass wir ebenfalls ermittelt haben, an welcher Stelle wir unser Verständnis der Theorie und Beobachtung verbessern müssen, um die Ursprünge einer kosmischen Struktur zu verstehen.“

Schlüsselbegriffe

CosmicDawn, Europäische Weltraumorganisation, ESA, Planck-Satellit, Urknall, kosmische Hintergrundstrahlung, kosmische Struktur, Inflation, fundamentale Physik

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