Das dunkle Universum im Lichte seiner Morphologie

• Antragsteller: Dr. Alexander Wiegand
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268308816

Im vergangenen Jahrzehnt waren Durchmusterungen des Himmels, die die Rotverschiebung von Galaxien messen, extrem erfolgreich darin, die Struktur des Universums auf immer größeren Skalen zu bestimmen. Die große Zahl an aktuellen und geplanten Durchmusterungen wie BOSS, eBOSS, DESI, 4Most und Euclid werden schließlich eine dreidimensionale Karte eines bedeutenden Teils des beobachtbaren Universums liefern.Ziel dieses Projektes ist es, Analysewerkzeuge zu entwickeln, die auf Minkowski Funktionalen basieren und die Fülle an Informationen, die in dieser Karte von Galaxie Positionen vorhanden sind, komplett ausnutzen. Im Zeitalter der Präzisionskosmologie wird die zusätzliche Information, die so zugänglich wird, entscheidend sein, um die Dunklen Komponenten zu erforschen, die das Schicksal des Universums bestimmen.Die vier Minkowski Funktionale charakterisieren die Form eines Körpers eindeutig. Sie geben das Volumen des Körpers, seine Oberfläche, die integrierte mittlere Krümmung und die Euler Charakteristik. Zusammen mit einer Vorschrift, die eine Punktwolke in einen ausgedehnten Körper umwandelt, charakterisieren die Funktionale dadurch die komplexen Formen die in der Galaxienverteilung vorkommen, wie z.B. Filamente und sphärische Leerräume.Diese reiche Struktur wird von der normalen Analyse, die auf der Zweipunktkorrelationsfunktion basiert, nicht komplett ausgenutzt. Diese Funktion misst nur wie stark vorhandene Strukturen die Wahrscheinlichkeit erhöhen, zwei Galaxien in einem gewissen Abstand voneinander zu finden. Der Hauptvorteil der Verwendung von Minkowski Funktionalen ist nun, dass diese zusätzlich noch Informationen über alle höheren Korrelationen beinhalten und das über eine exakt bekannte analytische Relation. Dies ist die Zusatzinformation, die wir nutzen um Tests kosmologischer Modelle zu verbessern.Um dies zu erreichen werden wir zunächst analysieren welche kosmologischen Parameter sich am besten mit den von uns entwickelten Werkzeugen messen lassen. Im speziellen werden wir untersuchen ob sie als Standardabstand für eine präzise Vermessung kosmischer Abstände, und dadurch der Dunklen Energie, verwendet werden können. Auch die Analyse des Unterschieds im Klumpungsverhalten von Dunkler Materie und Galaxien wird von unserer Methode profitieren. Im nächsten Schritt werden wir häufig verwendete Näherungen testen, die für eine Verbindung kosmologischer Modelle mit Galaxiebeobachtungen benötigt werden. Im dritten Schritt werden wir dann den Test der kosmologischen Modelle auch tatsächlich durchführen. Dafür werden wir aktuelle und zukünftige Durchmusterungen mit unseren numerischen Programmen analysieren.Darüber hinaus werden Minkowski Funktionale in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, von Festkörper- über Biophysik bis hin zu medizinischen Anwenungen. Dadurch kann der Nutzen der theoretischen Methoden und effizienten Programme die während dieses Projekts entwickelt werden über kosmologische Anwendungen hinaus gehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Daniel Eisenstein