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TRR 33:  Das Dunkle Universum

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung von 2006 bis 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 15499703
 
Erstellungsjahr 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Erforschung des Ursprungs und der Entwicklung des Universums gehört zu den ältesten und auch heute noch drängendsten Fragen der Menschheit. Selbst Phänomene in unserer unmittelbaren kosmischen Umgebung – wie die Entstehung des Sonnensystems und des Lebens – hängen mit der Geschichte und der Struktur des gesamten Kosmos zusammen. Allgemein steht die Bildung von Sternen und die Anreicherung chemischer Elemente im direkten Bezug zur kosmischen Evolution. Zum ersten Mal nach Jahrhunderten der philosophischen Spekulation über das Universum haben Wissenschaftler auf der Basis zahlreicher astronomischer Beobachtungen und erdbasierter Experimente eine solide und wachsende Datenbasis erarbeitet. Parallel dazu gab es eine Vielzahl an neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen über Elementarteilchen und die zwischen ihnen wirkenden starken, schwachen und elektromagnetischen Grundkräfte. Die Strukturen im Kosmos werden dagegen vor allem durch die Schwerkraft gestaltet. Den neuen Erkenntnissen über Teilchen, Grundkräfte und Strukturbildung ist es zu verdanken, dass wir auf einer soliden experimentellen Datenbasis eine kohärente wissenschaftliche Beschreibung der Entwicklung des Universums über einen Zeitraum von fast 14 Milliarden Jahren entwickeln konnten: von einer anfänglich beschleunigten Expansion von Raum und Zeit über die Entstehung von Elementarteilchen, Atomen und Gasen zur Bildung von Sternen und Galaxien. Dieses generelle Muster der wissenschaftlichen Beschreibung wurde mittlerweile durch vielfältige und sich ergänzende Beobachtungen bestätigt. Vor zwei Jahrzehnten entdeckte man anhand von Supernova-Beobachtungen, dass sich die Ausdehnung des Universums seit geraumer Zeit wieder beschleunigt. Unabhängige Experimente konnten das Phänomen bestätigen und die Wissenschaftler mussten die gängige Theorie des expandierenden Universums neu überdenken. Diese beschleunigte Expansion wird ausgelöst durch eine sogenannte dunkle Energie, die von Albert Einstein 1917 anhand einer kosmologischen Konstante in den Feldgleichungen der Gravitation zunächst eingeführt, dann aber wieder verworfen wurde. Sie stellt eines der drei großen Probleme der Kosmologie dar, die immer noch nicht komplett verstanden sind. Ein weiteres offenes Problem betrifft die dunkle Materie, welche nicht direkt sichtbar ist und nur über Veränderungen der Schwerkraft zu orten ist. Die dritte offene Frage bezieht sich auf das sogenannte Inflaton: ein Feld, das für die anfängliche, stark beschleunigte Expansion im frühen Universum verantwortlich ist, aber kurze Zeit später wieder zerfällt und dabei neue Teilchen entstehen lässt. Das Forschungsprogramm Das dunkle Universum (“The Dark Universe”) wurde so konzipiert, dass alle drei Wissenschaftsgebiete abgedeckt werden. Um die drei Probleme der dunklen Energie, dunklen Materie und des Inflatons anzugehen, haben wir Expertenwissen in Theorie, astronomischen Beobachtungen und numerischen Simulationen gebündelt. Daraus entstand ein Netzwerk von Wissenschaftlern und Instituten, mit dem wir erhebliche Fortschritte in allen drei Gebieten erzielen konnten. Insbesondere hat die Kollaboration zu zahlreichen Beobachtungsstudien aktiv beigetragen (Planck, SDSS, DES, South Pole Telescope, CHFTLens, KiDS, etc.), und dabei die Quantität und Qualität von astronomischen Daten maßgeblich verbessert. Weiter waren und sind wir an der Fertigstellung von internationalen Satellitenmissionen beteiligt (eROSITA, Euclid), und haben durch umfangreiche Analysen von Daten robuste Messungen von kosmologischen Parametern erhalten – eine wesentliche Grundvoraussetzung für langfristige Antworten auf die kosmologischen Fragestellungen. Bisher wurden unsere Ergebnisse in mehr als 1100 wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht. Das Transregio-Projekt hat intensive und fächerübergreifende Kollaborationen eingeleitet und unterhalten. Die inzwischen erzielten wissenschafltichen Ergebnisse und das so entstandene Netzwerk aus Instituten und Wissenschaftlern sind ein wichtiges Fundament für zukünftige Arbeiten in der Kosmologie.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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