Belysning mörk materia med ARRAKIHS
Under de kommande åren kommer jag i min roll som samordnare för det så kallade Cosmological Simulations Working Package att spela en nyckelroll i det slutliga godkännandet av ARRAKIHS ESA-F2-rymduppdraget, givet att jag säkrar fortsatt finansiering av min forskning.
Rymduppdraget ARRAKIHS godkändes av Europeiska rymdorganisationen i november 2022, men det slutgiltiga beslutet kring dess vetenskapliga mål och tekniska aspekter kommer att tas först i juni 2026. Mitt fokus under de kommande åren är att ta fram de data och de verktyg som behövs för att driva kunskapsutvecklingen inom forskningsfältet galaxbildning och galaxutveckling. Detta behövs för att säkra ARRAKIHS framtid och framgång.
ARRAKIHS uppdrag blir sedan att avslöja den mörka materiens natur genom att observera de ljussvagaste strukturerna i universum: de minsta dvärggalaxerna samt de strömmar av stjärnor som bildas när dessa dvärggalaxer närmar sig mer massiva galaxer. Även ljus från stjärnor utanför galaxernas halon kommer att undersökas av ARRAKIHS. Dessa observationer kommer att bidra till vår förståelse av mörk materia.
Simuleringar visar att om universums mörka materia är av en svalare sort så bildas många små satellitgalaxer nära de större galaxerna. Om den mörka materian däremot är varmare bildas färre små galaxer, samtidigt som deras densitetsstruktur och stjärnströmmar kommer att se annorlunda ut. Med lägre frekvens av satellitkollisioner och gravitationella störningar kommer antalet utspridda stjärnor runt huvudgalaxerna dessutom att vara lägre.
När man dessutom tar hänsyn till fysiken för gas- och stjärnbildning (kallad baryonisk fysik) blir problemet mer komplext. Ett simulerat universum där vi varierar denna baryoniska fysik kan återskapa resultat som liknar de detaljer som syns i simuleringar med varm mörk materia. Till exempel kan starkare UV-bakgrundsstrålning vid tidpunkten då de första galaxerna bildas leda till att fler mindre galaxer bildas i simuleringarna.
Information om hur viktiga dessa förändringar är och vilken effekt som dominerar, den baryoniska fysiken eller den mörka materiens natur, kan utforskas med simuleringar och teoretiska modeller.
Dagens simuleringar är dock varken tillräckligt stora eller har tillräckligt hög upplösning för att visa bildandet av dessa små galaxer eller de svaga stjärnströmmarna. Nuvarande simuleringar ger heller inte insikt i vad som händer när vi varierar varje parameter för sig.
Min ambition är nu att bidra till projektet genom att utveckla och köra de simuleringar som behövs för ett lyckat rymduppdrag. Vi kommer att kalla dem HARKONENS-sviten av kosmologiska simuleringar.
Dessa kommer att ha hög upplösning, visa galaxer med massor som liknar Vintergatans samt inkludera variationer av mörk materia och systematiska förändringar av de variabler som styr den baryoniska fysiken.
Att ta fram och simulera dessa statistiska variationer kommer att vara nyckeln till att visa genomförbarheten hos rymduppdraget ARRAKIHS för ESA.
Dessutom kommer de simuleringar som vi producerar att vara av tillräckligt hög kvalitet för att möjliggöra nya jämförelser med data från nuvarande och framtida ESA-uppdrag och på så sätt förbättra vår kunskap om hur galaxer bildas och om universums globala egenskaper.