Eine kosmische Reise: Vom frühen bis zum späten Universum mit N-Punkt-Funktionen

• Antragstellerin: Jiamin Hou, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554476934

Die großräumige Struktur des Universums enthält Informationen über dessen Ursprung, Entwicklung und fundamentale Symmetrien. Laufende und zukünftige Galaxienvermessungsprojekte wie das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), die Euclid-Mission und das Roman Space Telescope werden umfangreiche Datensätze mit beispielloser Präzision und Volumen liefern. In diesem Emmy Noether-Projekt beabsichtige ich, die Aussagekraft der Galaxienvermessungen zu maximieren und tiefere Einblicke in fundamentale kosmologische Fragen mithilfe von N-Punkt-Funktionen zu gewinnen. Dieses Projekt verfolgt zwei Hauptziele: (A) Überprüfung des ΛCDM-Modells im späten Universum und (B) Untersuchung des frühen Universums und der Inflation. In (A.1) wird meine Gruppe das ΛCDM-Modell einschränken, indem sie traditionelle 2-Punkt-Statistik-Analysen um höhere Ordnungsstatistiken erweitert. Wir werden das aktuelle Störungsmodell der 3-Punkt-Korrelationsfunktion (3PCF) und die analytische Kovarianzmatrix-Berechnung weiterentwickeln. Eine gemeinsame Analyse der 2- und 3PCF wird durchgeführt, um kosmologische Parameter anhand von DESI-Daten zu bestimmen. In (A.2) werden wir Methoden auf Basis maschinellen Lernens entwickeln, um kosmologische Erkenntnisse aus der 2- und 3PCF zu gewinnen. Dazu werden wir eine Reihe von Simulationen erstellen, um synthetische Galaxienkataloge zu generieren, die auf die DESI-Vermessung zugeschnitten sind. Simulationbasierte Inferenz wird auf die Daten angewendet, um kosmologische Parameter abzuleiten. In (B.1) wird meine Gruppe Paritätsverletzungen auf kosmologischen Skalen untersuchen. Die Paritätssymmetrie besagt, dass physikalische Gesetze unter räumlicher Inversion unverändert bleiben sollten. Eine Verletzung dieser Symmetrie könnte auf neue Physik im frühen Universum hinweisen. Wir werden eine modellunabhängige Suche nach Paritätsverletzungen in den DESI- und Euclid-Daten mit der 4-Punkt-Korrelationsfunktion (4PCF) und den paritätsungeraden Leistungsspektren durchführen. Wir werden nach Spuren der baryonischen akustischen Oszillation (BAO) im paritätsungeraden 4PCF suchen, was stark auf einen inflationären Ursprung des Paritätssignals hinweisen würde. Darüber hinaus werden wir einen parametrisierten Ansatz zur Quantifizierung von Paritätsverletzungen entwickeln. In (B.2) werden wir primordiale Nicht-Gaussianitäten in der Inflationsperiode untersuchen. Der Nachweis solcher Nicht-Gaussianitäten kann auf Abweichungen vom einfachsten Inflationsmodell hinweisen. Wir werden einen neuen, effizienten Schätzer, das Galaxien-Skew-Spektrum, weiterentwickeln, indem wir dessen systematische Modellierung verbessern. Eine gemeinsame Einschränkung des Leistungsspektrums und des Skew-Spektrums wird auf die DESI-Quasardaten angewendet, um das primordiale Nicht-Gaussianitätssignal zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen