Aktuelle Forschung im Bereich Kosmologie

Wie frühe dunkle Energie die Spannung um die Hubble-Konstante mildern könnte

Verschiedene Messungen der Hubble-Konstante, einem Maß für die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums, ergeben abweichende Werte. Diese Differenz, auch bekannt als „Hubble Tension“, könnte ein Hinweis auf physikalische Effekte sein, die über das Standardmodell der Kosmologie hinausgehen. Mithilfe einer komplementären Methode aus der Statistik haben Wissenschaftler am MPA mögliche neue Physik in Form eines neuen Bestandteils im frühen Universum eingegrenzt: sogenannte frühe dunkle Energie. mehr

Neue Analyse verstärkt Hinweis auf neue Physik in polarisierter Strahlung aus dem frühen Universum

Im Jahr 2020 fanden Wissenschaftler in Polarisationsdaten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die der Planck-Satellit bei hohen Frequenzen gesammelt hatte, einen verlockenden Hinweis auf eine neue Physik, die die „Paritätssymmetrie“ verletzt. Auf der Grundlage der Planck-Daten und einer vereinfachten Annahme, wie sich die polarisierte Staubemission in der Milchstraße auswirkt, betrug das Konfidenzniveau 99,2 % dafür, dass eine Verletzung der Symmetrie physikalischer Gesetze bei einer Umkehrung der Raumkoordinaten vorlag. Ein internationales Team unter der Leitung von MPA-Direktor Eiichiro Komatsu hat nun die Analysemethode verbessert. Durch die explizite Berücksichtigung der Staubemission und die Verwendung weiterer Daten nicht nur von Planck, sondern auch von WMAP haben die Astrophysiker das paritätsverletzende Signal mit 99,987%iger Sicherheit gemessen. Sollte sich dies in Zukunft als echtes kosmologisches Signal bestätigen, hätte dies tiefgreifende Auswirkungen auf die fundamentale Physik hinter dunkler Materie, dunkler Energie und Quantengravitation. mehr

Reflektiertes Quasarlicht lässt riesige, kühle Gasnebel aufleuchten

Bereits in der Frühzeit des Universums scheinen supermassereiche schwarze Löcher mit Milliarden der Masse unserer Sonne in den Zentren massereicher Galaxien zu residieren. Wenn interstellares Gas in ihrem mächtigen Gravitationsfeld beschleunigt wird, sendet es große Mengen an Strahlung aus; „Quasare“ überstrahlen die gesamte Galaxie. Jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass die ersten Quasare oft von hellen, riesigen Nebeln umgeben sind. Diese können sich über mehrere 100.000 Lichtjahre erstrecken und sind damit etwa zehnmal so groß wie ihre Wirtsgalaxie. Neue detaillierte Computersimulationen zur Entwicklung von Galaxien, die am MPA durchgeführt wurden, werfen ein neues Licht auf diese rätselhaften Beobachtungen und können sie in verblüffender Detailtreue reproduzieren. Nach diesen neuen theoretischen Modellen lassen sich die beobachteten ausgedehnten Nebel durch Quasarlicht erklären, das von kühlen neutralen Wasserstoffwolken reflektiert wird, die die Wirtsgalaxie des Quasars umgeben. Dieser Mechanismus funktioniert aber nur dann, wenn die vom Quasar gelieferte Energie gigantische galaktische Winde erzeugt, die große Gasmassen aus ihrer unmittelbaren Umgebung herausblasen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Quasare die Galaxienentwicklung seit den frühesten Stadien der Galaxienbildung beeinflussen. mehr

Die Ausrichtung von massereichen roten elliptischen Galaxien

Sind die Ausrichtungen der Galaxien zufällig im Kosmos verteilt? Diese scheinbar einfache Frage könnte nicht nur unser Verständnis der Entstehung von Galaxien und Galaxienhaufen voranbringen, sondern auch unser Wissen über kosmologische Modelle erweitern. MPA-Wissenschaftler versuchen mit internationalen Kollegen durch die erste direkte, feldbasierte Messung zu klären, ob und wie sich massereiche rote elliptische Galaxien an dem Gezeitenfeld der großräumigen Strukturen ausrichten. Ihr Ergebnis bestätigt die Vorhersagen des (linearen) Ausrichtungsmodells der intrinsischen Ausrichtung von Galaxien. Die von ihnen vorgestellte neue Methode eröffnet auch neue Wege für die Kosmologie und Astrophysik. mehr

Eiichiro Komatsu erhält Inoue-Preis für Wissenschaft

Der Direktor des Max-Planck-Instituts für Astrophysik, Eiichiro Komatsu, wurde als einer der Preisträger des diesjährigen Inoue-Preises für Wissenschaft ausgewählt. Er wird für seine Studien zur Erforschung der Physik des frühen Universums als ein Gelehrter mit bemerkenswerten Leistungen in den Natur- und Grundlagenwissenschaften ausgezeichnet. mehr

Galaxienentstehung und Reionisation in den THESAN-Simulationen

Vor etwa 13 Milliarden Jahren führte die von den ersten Galaxien ausgesandte Strahlung zu einer grundlegenden Veränderung des Universums. Die enormen Mengen an Wasserstoff, die den Raum zwischen den Galaxien füllten, wurden ionisiert; ein Prozess, der kosmische Reionisation genannt wird. Obwohl eng miteinander verknüpft, werden die Entstehung der ersten Galaxien und der Reionisationsprozess normalerweise getrennt voneinander untersucht. Ein internationales Team unter der Leitung von und mit MPA-Forschern hat nun eine Reihe von Simulationen erstellt, die zum ersten Mal diese beiden Aspekte am Anfang des Universums gleichzeitig untersuchen und dabei Besonderheiten ihres Zusammenspiels aufzeigen. Diese neuen numerischen Arbeiten, die in Kürze öffentlich gemacht werden, bieten eine einzigartige Plattform, um das junge Universum zu untersuchen und die Daten des bald verfügbaren James-Webb-Weltraumteleskops bestmöglich zu nutzen. Erste Ergebnisse von THESAN haben bereits gezeigt, dass die einzigartige Kombination von physikalischer Genauigkeit und den simulierten Skalen einen Großteil der verfügbaren Daten reproduzieren können, darunter auch einige die früheren numerischen Berechnungen entgangen sind. mehr

<p>'Deep Learning' liefert Einblicke in die kosmische Strukturbildung</p>

Wie kann uns maschinelles Lernen helfen, das komplexe kosmische Netz zu verstehen? Astrophysiker präsentieren in einer neuen Studie nun ein 'Deep Learning'-Modell, um Licht in die Physik der Entstehung von Halos aus dunkler Materie zu bringen. Die Ergebnisse zeigen, dass sphärisch gemittelte Anfangsbedingungen des Universums die wichtigsten Informationen über die endgültige Masse der Halos bereits enthalten. mehr

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