Hybride MOND-Dunkle-Materie-Modelle bei sehr kleinen Beschleunigungen

• Antragsteller: Dr. Tobias Mistele
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514562826

Eine der größten ungelösten Fragen in der Physik ist die der dunklen Materie. Also die Frage danach, was die fehlende Masse sowohl auf kosmologischen als auch auf galaktischen Skalen erklärt. Auf kosmologischen Skalen ist die einfachste Erklärung ein druckloses Fluid bestehend aus kalter dunkler Materie. Das erklärt zum Beispiel die Anisotropien in der kosmischen Hintergrundstrahlung. Auf der anderen Seite, auf galaktischen Skalen, ist die einfachste Erklärung eine Theorie modifizierter Gravitation mit dem Namen MOND (modifizierte Newtonsche Dynamik). Diese erklärt zum Beispiel galaktische Skalierungsbeziehungen wie die sogenannte Radial Acceleration Relation (RAR). Das motiviert hybride MOND-Dunkle-Materie-Modelle. Das sind Modelle, die die Erfolge von dunkler Materie auf kosmologischen Skalen mit den Erfolgen von MOND auf galaktischen Skalen verbinden, indem sie sowohl ein druckloses Fluid auf kosmologischen Skalen als auch eine MOND-artige Kraft auf galaktischen Skalen postulieren. Beispiele solcher Modelle sind die superfluide dunkle Materie (SFDM) und das meue SZ-Modell. In diesen Modellen gibt es einen Übergang zwischen dem MOND-artigen Verhalten in Galaxien und dem dunkle-Materie-artigen Verhalten auf größeren Skalen. Typischerweise passiert dieser Übergang auf Skalen zwischen denen einzelner Galaxien und denen von Galaxienhaufen. Zweck des hier beschriebenen Vorhabens ist es, zu testen, ob aktuelle Hybridmodelle bei hinreichend großen Abständen von Galaxien (also bei kleinen Beschleunigungen) noch MOND-artiges Verhalten zeigen. Das ist durch zwei aktuelle Beobachtungen motiviert, die MOND-artiges Verhalten bei beispiellos großen galaktozentrischen Abständen finden. Die erste dieser Beobachtungen ist eine Erweiterung der RAR mit Daten zu schwachen Gravitationslinsen. Die zweite ist eine Analyse von Relativgeschwindigkeiten in Galaxiepaaren. Wir werden herausfinden, ob SFDM und das SZ-Modell diese Beobachtungen von MOND-artigem Verhalten erklären können. Dazu werden wir zuerst prüfen, ob es überhaupt möglich ist, diese Beobachtungen mit den zwei Modellen zu fitten. Ein zweiter Test bezieht sich auf eine Randbedingung (das chemische Potential eines Kondensates), die in beiden Modellen benötigt wird, um die Bewegungsgleichungen zu lösen. Das Ziel beider Modelle ist es, das beobachtete MOND-artige Verhalten zu erklären, ohne sorgfältig die Randbedingung speziell für jede Galaxie anpassen zu müssen. Daher werden wir prüfen, ob diese Modelle die MOND-artigen Beobachtungen fitten können, ohne die Randbedingung in dieser Art feinjustieren zu müssen. Das wird zeigen, wie gut SFDM und das SZ-Modell Beobachtungen erklären können, die MOND-artiges Verhalten bei sehr kleinen Beschleunigungen zeigen. Zusätzlich werden unsere Untersuchungen eine Vorstellung davon geben, was in Hybridmodellen möglich ist und was nicht, was hilfreich für zukünftiges Model-Building sein wird.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Stacy S. McGaugh, Ph.D.