Das primordiale Universum mit Gravitationswellen erforschen

• Antragsteller: Dr. Guillem Domenech
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496592360

Zur Erforschung des Universums steht der Wissenschaft ein neues Werkzeug zur Verfügung - Gravitationswellen. In den nächsten Jahrzehnten werden nicht nur astrophysikalische, sondern auch kosmologische Modelle neuen, strengen Tests unterzogen. Eines der ehrgeizigsten Ziele wird darin bestehen, unser Bild des frühen Universums zu vervollständigen. Gegenwärtig haben wir durch elektromagnetische Wellen nur Zugang zur Physik ab der ersten Sekunde nach dem Urknall. Im Gegensatz dazu erlauben uns Gravitationswellen, das Universum vor dem Urknall zu erforschen, da diese kaum von der Materie gestreut werden. Jetzt muss die theoretische Forschung mit dem immensen Entdeckungspotenzial künftiger Gravitationswellen-Beobachtungen Schritt halten. Mein Ziel ist es, diese Lücke zu schließen und das primordiale Universum mit Gravitationswellen zu erforschen, die indirekt durch primordiale Fluktuationen erzeugt werden (sekundäre Gravitationswellen oder 2GWs), wobei meine neu abgeleiteten analytischen Formeln voll zum Tragen kommen sollen.2GWs sind ein sicher zu erwartendes Signal, da wir über genaue Beobachtungen der primordialen Fluktuationen verfügen. Diese primordialen Fluktuationen sind der Keim für die großräumige Struktur des Universums. Es gibt eindeutige Beweise dafür, dass diese Fluktuationen im jungen Universum während der kosmischen Inflation entstanden sind. Allerdings ist ein großer Teil der Inflationsphase noch unerforscht. 2GWs sind ein vielversprechendes Mittel, um diesen Teil der Geschichte des primordialen Universums zu erforschen, da sie in den Frequenzbereich verschiedener zukünftiger Gravitationswellendetektoren fallen. Darüber hinaus sind 2GWs ein wichtiges Gegenstück zu primordialen Schwarzen Löchern. In den letzten Jahren haben primordiale Schwarze Löcher sowohl in der theoretischen als auch der experimentellen Forschung große Aufmerksamkeit erregt. Sie bieten eine plausible Erklärung für verschiedene Beobachtungen, wie z. B. für einige von LIGO beobachtete Verschmelzungen von Schwarzen Löchern. Ein Fehlen 2GWs könnte ein solches Szenario vollständig ausschließen.Ich werde 2GWs nutzen, um die Theorie und den Teilchengehalt des primordialen Universums zu untersuchen. Mit meinen jüngsten Fortschritten möchte ich neue Vorhersagen für zukünftige Daten ableiten. Auf diese Weise will ich den Boden für die Kosmologie mit 2GWs in der neuen Ära der Multimessenger - Kosmologie bereiten, in der Gravitationswellen - Beobachtungen eine unverzichtbare Rolle zusätzlich zu den anderen traditionellen Beobachtungsmitteln spielen. Es wird erwartet, dass die Pulsar Timing Array-Experimente in den nächsten fünf Jahren zusätzliche Informationen über kosmologische Gravitationswellen liefern, und der weltraumgestützte Gravitationswellen-Detektor LISA wird voraussichtlich innerhalb eines Jahrzehnts in Betrieb genommen. Die vorgeschlagene Forschung kommt genau zum richtigen Zeitpunkt und passt gut zur Dauer des Emmy Noether-Programms.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen