Revealing the Hidden Universe: A Comprehensive Study of Low-Mass Galaxies Beyond the Local Group

Projektbeschreibung

Der Natur der dunklen Materie in Zwerggalaxien auf der Spur

Zwerggalaxien mit einer geringen Masse von weniger als ein paar Milliarden Sonnenmassen sind für die Überprüfung von Modellen der dunklen Materie und das Verständnis der baryonischen Physik in kleinen Größenordnungen von zentraler Bedeutung. Sie bieten Einblicke in die frühe Sternentstehung, chemische Anreicherung und Galaxienbildung, sind aber aufgrund ihrer geringen Oberflächenhelligkeit schwer zu erforschen. Das meiste Wissen stammt von nahen Zwergen, welche die Milchstraße umkreisen. Jüngste Fortschritte führen zur raschen Entdeckung von Zwerggalaxien außerhalb unserer Galaxie. Das Team des ERC-finanzierten Projekts HiddenUniverse wird zwei neuartige Weitfeld-Durchmusterungen nutzen, um ultraschwache und klassische Zwerge jenseits der Milchstraße zu untersuchen, ihre Struktur aus dunkler Materie zu erhellen und die sie formenden baryonischen Prozesse offenzulegen. Die Projektergebnisse werden dazu beitragen, lenkend auf zukünftige Gemeinschaftsuntersuchungen wie LSST, Euclid und Roman einzuwirken.

Ziel

Low-mass (dwarf) galaxies, with masses under a few billion solar masses, hold significant importance in astrophysics. They are the key objects in challenging dark matter models on small scales, yet considerable uncertainties remain in our understanding of their baryonic physics. Dwarfs also hold important clues on early star formation and chemical enrichment, and on the buildup of galaxies and the black holes within them. However, studying them has been hard their low surface brightness nature makes them challenging to detect using standard instrumentation and survey techniques. Despite decades of research, our understanding of dwarfs primarily relies on those in our galactic neighborhood, orbiting the Milky Way. Recent technological advances have sparked a thrilling era of rapid dwarf galaxy discovery beyond the Milky Way. I propose a research program using two novel wide-field surveys, capitalizing on instrumentation designed specifically for this purpose to transform three key aspects: (1) With data from the Dragonfly Wide Field Survey, I will perform a pioneering study of galaxies down to the ultra-faint regime well beyond the Local Group. I will also utilize proprietary data from the Merian Survey to construct a sample of 100,000 classical dwarf galaxies at a redshift of z=0.05-0.1. These datasets will establish a solid foundation for understanding the census low-mass galaxies; (2) By combining kinematic measurements and dynamical modeling, I will obtain constraints on dwarfs dark matter halo profiles, shedding light on core vs. cusp structures, dynamical friction, and dark matter on small scales; and (3) Pinpoint the baryonic processes that shape these galaxies by studying their stellar, gas, and star formation properties. With leadership roles in both observational initiatives, an in-depth understanding of the data, and exclusive data access, I'm uniquely positioned to lead this program, timed ahead of future community surveys like LSST, Euclid, and Roman.