Der ERC Advanced Grant zählt zu den renommiertesten Forschungsförderungen der EU und unterstützt international führende Wissenschaftler bei der Umsetzung besonders ambitionierter und risikoreicher Projekte. Insgesamt wählte der ERC 319 Spitzenforscher in Europa aus, die im Rahmen des EU-Programms „Horizont Europa“ Fördermittel in Höhe von 838 Millionen Euro erhalten.
Entdeckung neuer Physik anhand des polarisierten Lichts der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung
Zu den zentralen Fragen der Kosmologie und der Grundlagenphysik zählen heute die physikalische Natur der Dunklen Materie, der Dunklen Energie und der kosmischen Inflation. Eiichiro Komatsu und sein Team werden einen völlig neuen Ansatz zur Aufklärung ihrer Natur untersuchen: eine Verletzung der Paritätssymmetrie, also der Symmetrie eines physikalischen Systems bei der Umkehrung der Raumkoordinaten. Dazu werden sie die Polarisation der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) nutzen.
Wenn die Physik hinter dunkler Materie und dunkler Energie die Paritätssymmetrie bricht und sie an Photonen gekoppelt sind, wird aufgrund dieser Kopplung die Ebene der linearen Polarisation gedreht, während die CMB-Photonen 14 Milliarden Jahre lang unterwegs sind. Dieser Effekt ist als „kosmische Doppelbrechung“ bekannt. Ein vielversprechender Hinweis auf ein solches Signal wurde bereits anhand von CMB-Daten der WMAP- und Planck-Missionen berichtet (siehe www.mpa-garching.mpg.de/1137699/hl202602 und www.mpa-garching.mpg.de/1055454/hl202206).
Im Rahmen des vom ERC finanzierten Forschungsprogramms wird das Team vorhandene und künftige Daten des Fred-Young-Submillimeter-Teleskops analysieren, um die Messungen zu verbessern und den Ursprung der kosmischen Doppelbrechung zu untersuchen. Sollte die Physik hinter der kosmischen Inflation auch die Paritätssymmetrie brechen, könnten die primordialen Gravitationswellen „chiral” werden, sodass nur einer der zirkularen Polarisationszustände der Gravitationswellen angeregt wird. Dies würde nicht nur im CMB, sondern auch in Experimenten zur direkten Detektion von Gravitationswellen Spuren hinterlassen.
Eiichiro Komatsu
Für seine Arbeit wurde Eiichiro Komatsu mit zahlreichen Preisen gewürdigt, darunter der Gruber-Kosmologiepreis im Jahr 2012, der Lancelot-M.-Berkeley-Preis und der New York Community Trust-Preis für verdienstvolle Arbeit in der Astronomie der American Astronomical Society im Jahr 2013, der Chushiro-Hayashi-Preis der Astronomischen Gesellschaft Japans im Jahr 2015, der Breakthrough-Preis für Grundlagenphysik im Jahr 2017, der Inoue-Preis für Wissenschaft im Jahr 2021 sowie der Nishina-Gedächtnispreis, die renommierteste japanische Auszeichnung im Bereich der Physik, im Jahr 2022. Im selben Jahr lud der Fachbereich Physik der University of Michigan ihn ein, die renommierte „Ta-You Wu Distinguished Lecture“ zu halten.
Kosmisches Feuerwerk durch Gravitationslinsen: Bestimmung der Hubble-Konstante, der Vorläufer von Supernovae vom Typ Ia und der Emissionen von durch Gezeitenkräfte zerrissenen Sternen in der Nähe von Schwarzen Löchern
Stellen Sie sich ein Universum vor, in dem wir eine Supernova (SN) vor ihrem Auftreten vorhersagen können. Das Projekt LENS-ON-FIRE wird die starke Gravitationslinsenwirkung als Werkzeug nutzen, um einzigartige Einblicke in die Kosmologie, Supernovae und Schwarze Löcher zu gewinnen. Bei der Gravitationslinsenwirkung verzerren massereiche Objekte im Vordergrund – wie beispielsweise eine Galaxie oder ein ganzer Galaxienhaufen – die Raumzeit und lenken so die Lichtwege von weit entfernten Quellen ab. Im Bereich der starken Linsenwirkung können aufgrund der unterschiedlichen Längen der Lichtwege mehrere Bilder einer Supernova zu verschiedenen Zeitpunkten erscheinen. Durch die Erfassung des ersten Bildes bzw. der ersten Bilder und die sorgfältige Modellierung der Massenverteilung im Vordergrund ist das Team in der Lage, das Erscheinen nachfolgender Bilder vorherzusagen. Dabei nutzt es den starken Linseneffekt wie eine Zeitmaschine.
Die starke Linsenwirkung bei Supernovae, bei der mehrere Bilder derselben Sternexplosion zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Orten um die linsenden Galaxien herum erscheinen, bietet eine direkte Möglichkeit zur Messung der Hubble-Konstante (H₀), also der aktuellen Expansionsrate unseres Universums. Derzeit gibt es einen Widerspruch bei den Messungen der Hubble-Konstante zwischen Beobachtungen aus dem frühen Universum und der lokalen Supernova-Entfernungsleiter. Der neue Ansatz wird eine unabhängige Messung von H₀ mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von einem Prozent liefern. Dadurch können wir die Physik jenseits des kosmologischen Standardmodells überprüfen.
Indem die Zeitverzögerungen zwischen den gelinsten Supernova-Bildern als kosmische Zeitmaschine genutzt werden, kann das nächste Auftreten desselben Ereignisses zum ersten Mal in der Geschichte in seiner Gesamtheit detailliert beobachtet werden. Die beispiellosen Spektren von Supernovae in der Frühphase werden Aufschluss über deren Vorläufer geben, über die seit Langem diskutiert wird.
Flares in weit entfernten Quellen können auch auf Gezeitenzerstörungsereignisse (TDEs) von Sternen zurückzuführen sein. Diese treten auf, wenn ein Stern einem supermassereichen Schwarzen Loch zu nahe kommt und dabei auseinandergerissen wird. Starke Linseneffekte und Mikrolinseneffekte bei TDEs können die Größe des Emissionsbereichs eingrenzen, Einblicke in den physikalischen Emissionsmechanismus liefern und Rückschlüsse auf die Eigenschaften von Schwarzen Löchern ermöglichen.
Sherry Suyu
Sherry Suyu wurde 2016 Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) und im Rahmen des Programms „Max Planck@TUM” Assistenzprofessorin an der TUM. Heute ist sie außerordentliche Professorin an der TUM und Max-Planck-Fellow am MPA. Sie erhielt zahlreiche Auszeichnungen, darunter 2013 den Preis für bedeutende Forschungsleistungen der Academia Sinica, 2017 einen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats, 2018 das Emmy-Noether-Gaststipendium des Perimeter-Instituts in Kanada, 2021 den Lancelot-M.-Berkeley-Preis des New York Community Trust für verdienstvolle Arbeit in der Astronomie von der American Astronomical Society, den „NCU-Delta Young Astronomer Lectureship Award“ aus Taiwan sowie die Heinz-Maier-Leibnitz-Medaille der Technischen Universität München. Auch ihre Lehrtätigkeit wurde gewürdigt. Im Jahr 2024 erhielt sie von Studierenden der Technischen Universität München den „Golden Chalk“-Lehrpreis für die besten Bachelor-Vorlesungen im Fach Physik.
Kontakt:
Prof. Komatsu Eiichiro
Max-Planck-Institut für Astrophysik / Exzellenzcluster ORIGINS
E-Mail: komatsu(at)mpa-garching.mpg.de
Prof. Sherry Suyu
Max-Planck-Institut für Astrophysik / Technische Universität München
E-Mail: suyu(at)mpa-garching.mpg.de
