Ein umfassendes analytisches Modell des Gezeitenstrippings

Im Verlauf der Entwicklung unseres Universums wachsen Galaxien auf hierarchische Weise und akkretieren viele kleinere Strukturen durch die Gravitation. Die meisten dieser kleineren Strukturen enden als "Satellitengalaxien" in der Umlaufbahn um ihre Wirtsgalaxie, wie zum Beispiel die Kleine und Große Magellansche Wolke um die Milchstraße. Solche Satelliten sind starken gravitativen Gezeitenfeldern ausgesetzt, die dazu führen, dass sie große Teile ihrer Masse verlieren ein Prozess, der als `Gezeitenstripping` bezeichnet wird. Eine genaue Vorhersage dieses Gezeitenstrippings ist unerlässlich, um die Entwicklung von Galaxien zu verstehen und die Verteilung der unsichtbaren dunklen Materie vorherzusagen. Bisher ist es nur möglich, zuverlässige Vorhersagen von Gezeitenstripping durch sogenannte `N-Körper-Simulationen` zu machen, die die Bewegung einer großen Anzahl von Teilchen in Gravitationsfeldern numerisch berechnen. Obwohl diese Simulationen genau sind, sind sie auch ziemlich teuer und es ist schwer klare Einsichten zu gewinnen. Ziel dieses Projekts ist es, eine neue Methode zu entwickeln, um das Problem des Gezeitenstrippings von Grund auf analytisch zu lösen. Die Kernidee dieses neuen Ansatzes ist, dass das Gezeitenstripping die Masse so langsam entfernt, dass der betroffene Satellit adiabatisch reagiert das bedeutet in einer entropieerhaltenden Weise. In dieser adiabatischen Näherung wird es möglich, das Ergebnis analytisch ohne Simulationen zu berechnen. Die Methode wird neue physikalische Einblicke in das Problem des Gezeitenstrippings ermöglichen und eine kostengünstige und genaue Alternative zu N-Körper-Simulationen bieten. Außerdem wird sie es ermöglichen, die Verteilung von Strukturen vorherzusagen, die weit über die Auflösungsgrenze von Simulationen hinausgehen. Gemäß dem aktuellen Standardmodell der Kosmologie (dem `Lambda- CDM-Modell`) wird erwartet, dass sich unzählige Klumpen unsichtbarer dunkler Materie im gesamten Universum bilden. Das neue Modell wird in der Lage sein, deren Entwicklung durch gravitative Gezeiten und deren Verteilung zu späteren Zeiten genau vorherzusagen. Dadurch wird es helfen zu verstehen, wo und wie man optimal nach dunkler Materie suchen sollte und es wird dazu beitragen, die Eigenschaften unseres Universums aus laufenden großangelegten Galaxiendurchmusterungen wie EUCLID abzuleiten.