Aufklärung der Dunkelheit: Eigenschaften von Neutrinos und dunkler Materie mit Euclid und SKA

• Antragsteller: Professor Dr. Julien Lesgourgues
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568980474

Die Natur der dunklen Materie und die Eigenschaften kosmischer Neutrinos sind nach wie vor zwei der wichtigsten Fragen der Grundlagenphysik. Kosmologische Beobachtungen liefern nicht nur Erkenntnisse über die Gesamtmasse der Neutrinos und die Häufigkeit der dunklen Materie, sondern bieten auch das Potenzial, ihre mikroskopischen Eigenschaften aufzudecken, wie z. B. Selbstwechselwirkungen, Wechselwirkungen mit den Teilchen des Standardmodells, die Teilchen- oder Wellennatur der dunklen Materie und ihre thermische Geschwindigkeit. Diese Eigenschaften hinterlassen deutliche Spuren in den Clustereigenschaften der kosmischen Large-Scale-Structure (LSS), die durch die beobachtete Verteilung einzeln aufgelöster Galaxien in spektroskopischen Galaxienuntersuchungen und die von Fluktuationen im aggregierten Licht von Galaxien oder intergalaktischem Medium in Line-Intensity-Mapping-Surveys untersucht werden können. Angesichts des beispiellosen Umfangs und der Präzision kommender Galaxienerhebungen wie Euclid und zukünftiger Wide-Field-Intensity-Mapping-Projekte wie SKA ist es umso dringlicher, das Potenzial von LSS-Beobachtungen zur Aufdeckung von Eigenschaften des dunklen Sektors zu untersuchen. Die zunehmende Präzision und der Umfang der anstehenden Daten stellen jedoch auch eine Herausforderung dar, wenn es darum geht, sicherzustellen, dass theoretische Modelle und Analysewerkzeuge in Bezug auf Genauigkeit und Effizienz Schritt halten. Unser Forschungsvorhaben zielt darauf ab, einen robusten und effizienten Rahmen zu entwickeln, der eine breite Palette von Neutrino- und Dunkle-Materie-Modellen umfasst und deren Auswirkungen auf die LSS-Statistiken bewertet, gemessen am Leistungsspektrum und Bispektrum von Galaxien oder Intensitätskarten. Konkret werden wir bestehende Analysemethoden verallgemeinern – insbesondere die effektive Feldtheorie der Large-Scale-Structure –, um die Auswirkungen massereicher Neutrinos und nicht standardmäßiger Dunkler Materie einzubeziehen. Unter Nutzung des Fachwissens beider leitender Forscher in der Modellierung von Dunkler Materie und Neutrinos sowie in der Analyse von LSS-Beobachtungsdaten baut dieses Rahmenwerk auf ihren jüngsten Bemühungen zur Entwicklung des CLASS-Oneloop-Codes auf und ermöglicht eine umfassende Analyse dieser Datensätze, einzeln und in Kombination.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Azadeh Moradinezhad Dizgah, Ph.D.