Wir erforschen die Gravitation und ihre Eigenschaften auf allen Skalen des Universums – von den größten bis hin zu den kleinsten. Auf den größten Skalen untersuchen wir, wie die Gravitation die Entwicklung unseres Universums als Ganzes sowie der darin enthaltenen Strukturen bestimmt. Auf intermediären Skalen charakterisieren wir von einzelnen Schwarze Löcher, ihren Schatten und Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung, über Binärsysteme von Schwarzen Löchern, die Gravitationswellen emittieren, bis hin zu astrophysikalischen Populationen von Schwarzen Löchern. Auf den kleinsten Skalen untersuchen wir die Quantenstruktur der Raumzeit und die Quanteneigenschaften der Gravitation.
Wir untersuchen, wie kosmologische Beobachtungen Aufschluss über die Theorie der Gravitation jenseits der Allgemeinen Relativitätstheorie geben können und wie wir globale Informationen über das Universum ableiten können. Wir entwickeln Tests für spezifische Aspekte von Gravitationstheorien, um subtile Details und Abweichungen von den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie in Beobachtungen zugänglich zu machen, und verfeinern statistische Methoden für diese und verwandte Zwecke. Wir prüfen modifizierte Gravitationstheorien jenseits der Allgemeinen Relativitätstheorie und untersuchen, wie solche Theorien offene Fragen und verbleibende Probleme der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Kosmologie lösen könnten. Wir behandeln sowohl das späte Universum, dessen Struktur bei niedriger Rotverschiebung sichtbar ist, als auch Inflation im frühen Universum.
Luca Amendola, Matthias Bartelmann, Arthur Hebecker,
Lavinia Heisenberg, Annalisa Pillepich (MPIA), Björn Malte Schäfer
Wir untersuchen Schwarze Löcher über den gesamten Massenbereich hinweg, von stellaren Schwarzen Löchern bis hin zu supermassereichen Schwarzen Löchern. Wir sind an mehreren internationalen Kooperationen beteiligt, die die Physik Schwarzer Löcher erforschen – darunter die Einstein-Telescope-Kollaboration und die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaborationen mittels Gravitationswellen, das Event Horizon Telescope durch direkte Abbildungen Schwarzer Löcher, Galaxiendurchmusterungen und JWST-Beobachtungen zur Untersuchung supermassereicher Schwarzer Löcher sowie Gaia-Daten zur Identifikation nicht-akkretierender Schwarzer Löcher.
Darüber hinaus untersuchen wir, wie Schwarze Löcher ihre großräumige Umgebung, in die sie eingebettet sind, beeinflussen. Beispiele für solche Umgebungen sind Sternhaufen ebenso wie ganze Galaxien. Wir erforschen außerdem die Raumzeitstruktur Schwarzer Löcher jenseits der Allgemeinen Relativitätstheorie sowie beobachtbare Signaturen von Modifikationen der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Wir entwickeln und erforschen die mathematischen Grundlagen, die theoretische Formulierung sowie die phänomenologischen Implikationen der Quantengravitation. Dabei konzentrieren wir uns auf Stringtheorie, asymptotisch sichere Gravitation, Tensormodelle sowie Kausale Mengen (Causal Set Quantum Gravity). Wir entwickeln diese Ansätze systematisch weiter und untersuchen die Verbindungen zwischen ihnen, mit dem Ziel, zugrunde liegende fundamentale physikalische Prinzipien zu identifizieren. Dabei schlagen wir eine Brücke zur Mathematik einerseits sowie zur Teilchenphysik, Kosmologie und Physik der Schwarzen Löcher andererseits, um die Phänomenologie der Quantengravitation weiterzuentwickeln.
Astrid Eichhorn, Razvan Gurau, Arthur Hebecker, Jan Pawlowski, Johannes Walcher
Das Zusammenspiel von Quantenfeldern mit einer gekrümmten Raumzeit kann im Labor simuliert werden. Wir verwenden ein Bose-Einstein-Kondensat, um kosmologische Raumzeiten zu simulieren und die Vorhersagen der Quantenfeldtheorie auf gekrümmte Raumzeit zu testen.
