Entwicklung von Galaxienhaufenpotentialen zu kosmologischen Diagnosegrößen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Bartelmann
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346672789

So erfolgreich das kosmologische Standardmodell ist, so sehr wirft es mit der Forderung nach dunkler Materie und dunkler Energie bisher ungelöste fundamentale Fragen auf. Eine dieser Fragen betrifft die mögliche Zeitentwicklung der dunklen Energie, für die bisher keine Anhaltspunkte gefunden werden konnten: Die einfachste, aber zugleich aus teilchenphysikalischer Sicht unbefriedigendste Erklärung der dunklen Energie, ist Einsteins kosmologische Konstante. Für unser Verständnis der dunklen Energie ist es fundamental wichtig zu wissen, ob sich die Dichte der dunklen Energie auf kosmischen Zeitskalen ändert oder nicht.Vielleicht die einzige Population kosmischer Objekte, deren Entwicklung empfindlich genug von einer möglichen Zeitentwicklung der dunklen Energie abhängt, ist diejenige der Galaxienhaufen. Wenn es gelänge, Galaxienhaufen abhängig von ihrer Entfernung und von mindestens einem inneren Parameter zuverlässig genug zu zählen, könnte eine Zeitentwicklung der dunklen Energie mit erheblich größerer Genauigkeit als bisher aufgespürt werden.Gewöhnlich wird die Masse der Galaxienhaufen als innerer Parameter verwendet, um einen Zusammenhang zwischen Beobachtung und theoretischer Erwartung herzustellen. Da diese Masse aber weder direkt beobachtbar noch theoretisch präzise vorhersagbar ist, muss dieser Zusammenhang aufgrund empirisch geeichter Skalierungsrelationen hergestellt werden, deren Streuung trotz aller Erfolge so groß ist, dass sie die Auswirkungen einer Zeitentwicklung der dunklen Energie auf die Galaxienhaufenpopulation wahrscheinlich verschleiern.Wir schlagen vor, statt der Masse das Gravitationspotential der Galaxienhaufen zu verwenden, um Beobachtungen und Theorie aneinander anzuschließen. Als lokale, direkt messbare Größe hat das Potential entscheidende Vorteile gegenüber der Masse. Unsere bisherigen Arbeiten haben gezeigt, wie alle verfügbaren Beobachtungsgrößen von Galaxienhaufen verwendet werden können, um das Potential zu bestimmen und wie die Statistik der Galaxienhaufenpopulation allein anhand des Potentials theoretisch charakterisiert werden kann.Im hier vorgeschlagenen Projekt sollen die dafür entwickelten Methoden zusammengeführt und zunächst mithilfe realistisch simulierter Daten daraufhin getestet werden, ob sie tatsächlich die erwartete Reduktion der Streuung in der kosmologischen Interpretation der Galaxienhaufenpopulation liefern. Erste Anwendungen auf vorhandene Daten sollen der Vorbereitung auf große künftige Durchmusterungen dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen