ERC Grants til tre NBI forskere

Jose María Ezquiaga: FurthestBBH

Det gådefulde “mørke stof” former universets kosmiske strukturer, og universet udvider sig med en hastighed, som vi stadig kæmper for at forstå. Besvarelsen af disse fundamentale spørgsmål kræver et dybere blik ind i det fjerne kosmos. Projektet FurthestBBH (Furthest Binary Black Holes) vil anvende gravitationsbølger fra binære sorte huller med en masse der ligner stjerners, til at kortlægge mørkt stof og teste tyngdekraftens fundamentale principper.

“Hvis vi kan genfinde disse linseeffekter i signalerne fra binære sorte huller, får vi et kosmisk forstørrelsesglas, som gør det muligt at observere de fjerneste sammenstød mellem sorte huller og kaste lys over deres oprindelse,” siger Jose María Ezquiaga, projektleder (PI) og modtager af ERC Starting Grant 2026.

Metoder
Ved at kombinere banebrydende fremskridt inden for teori, simuleringer og dataanalyse forventer projektet at afdække det videnskabelige potentiale i de fjerneste sammensmeltninger af binære sorte huller gennem:

1. Banebrydende detektion af gravitationsbølger påvirket af gravitationslinseeffekter.
2. Kortlægning af kompakte binære systemer ved høje rødforskydninger.
3. Undersøgelse af understrukturer i mørkt stof.

Indvirkning på flere forskningsfelter
Projektet forventes også at få betydelig betydning på tværs af flere forskningsområder: udforskning af tyngdekraft i det hidtil uudforskede bølgeoptiske regime; modellering af gravitationslinseeffekter fra understrukturer på skalaer fra galaksehobe til subhaloer; udvikling af effektive maskinlæringsalgoritmer til at identificere forvrængede bølgeformer; samt opbygning af præcise og upartiske astrofysiske og kosmologiske populationsmodeller, der inkluderer linseeffekter.

FurthestBBH vil muliggøre opdagelsen af gravitationsbølger langt uden for de nuværende detektionsgrænser, bane vejen for næste generations observatorier og afsløre den banebrydende videnskab bag de fjerneste sorte huller.

Der forventes ansat én postdoc og to ph.d.-studerende i projektet.

Shingo Kono: Q-MEMS

Kvantesystemer er per definition meget små. Groft sagt kan man sige, at når man kommer under en vis størrelse i den makroskopiske, klassiske fysiks verden, begynder kvanteregimet at spille en afgørende rolle. Ikke desto mindre indtager mekaniske, makroskopiske systemer en unik position på grænsen mellem den kvantemekaniske og den klassiske verden.

Observation af makroskopiske kvantefænomener er i sig selv af grundlæggende videnskabelig interesse, men de lover også alsidige anvendelser ved at udvide mekaniske oscillator-teknologier såsom MEMS til kvanteregimet. Man kan måske sige, at mekaniske systemer fungerer som en bro mellem det klassiske og det kvantemekaniske.

Q-MEMS-projektet har et meget konkret mål: Den centrale milepæl er at realisere en ultrakoherent mekanisk oscillator og koble den koherent til et stærkt ikke-lineært kvantesystem, såsom en superledende qubit.

Det kræver avanceret ingeniørkunst – men hvordan?
Shingo Kono og hans kolleger introducerer avancerede fremstillingsteknologier fra skalerbar kvantecomputing til grundforskningen for at skabe hybride kvantesystemer bestående af superledende mekaniske membraner og superledende qubits. Til sidst kobler de superledende qubits koherent til mekaniske membraner ved hjælp af en ny kvanteoperation.

Selvom eksisterende kredsløbsbaserede optomekaniske teknikker kan bringe mekaniske systemer ind i kvanteregimet, er de opnåelige kvantetilstande begrænset til relativt simple kvantetilstande.

“Men ved at bruge superledende qubits kan vi i princippet forberede qubittilstande eller Schrödinger-tilstande, som giver mekaniske membraner kvantemæssige fordele i en lang række anvendelser, herunder kvanteberegning, hukommelse, sensorer og kommunikation. Endnu mere spændende er det, at hvis man kan skabe Schrödinger-tilstande i sådanne ultrakoherente mekaniske membraner, bliver membranerne følsomme over for gravitationelle effekter og giver dermed en ny eksperimentel platform til at undersøge tyngdekraftens rolle i kvantemekanikken,” siger Shingo Kono.

Der forventes ansat én postdoc og to ph.d.-studerende i projektet.

Kasper Heintz: PRIMORDIAL

For omkring 13,8 milliarder år siden var universet fyldt med kølig, neutral hydrogengas – det oprindelige materiale, der var tilbage efter Big Bang. I løbet af den efterfølgende milliard år kollapsede denne gas under sin egen tyngdekraft og dannede de første stjerner og galakser. Disse udsendte intens ultraviolet stråling, som gradvist rev elektronerne løs fra de omgivende hydrogenatomer i hele universet.

Denne proces, kendt som reioniseringsepoken, betragtes som den sidste store faseovergang i kosmos’ historie.

Det, der gør denne epoke svær at studere, er, at den samme neutrale hydrogengas spiller to modsatrettede roller på samme tid: Den er råmaterialet, som stjerner dannes af, men fungerer også som en tåge, der blokerer størstedelen af det lys, som stjernerne producerer.

Den neutrale gas kan ikke observeres direkte i emission omkring individuelle galakser på disse enorme afstande, og derfor har astronomer manglet en metode til direkte at forbinde det tidligste, næsten strukturløse univers (som ses i den kosmiske mikrobølgebaggrund) med de første galakser, vi faktisk kan observere.

“Jeg er utrolig begejstret for nu at have mulighederne, ved hjælp af nogle af de største jordbaserede og rumbaserede teleskoper, der nogensinde er bygget, til at begynde at besvare nogle af de måske mest fundamentale spørgsmål: Hvor kommer vi fra? Hvordan begyndte det hele?” siger Kasper Elm Heintz.

Heintz og hans forskningsgruppe ved Cosmic Dawn Center, NBI og DTU har udviklet en ny tilgang til problemet. Ved hjælp af JWST (James Webb Space Telescope) har de identificeret det hidtil tydeligste bevis på ekstremt tætte reservoirer af denne oprindelige gas omkring nogle af de allerførste galakser, observeret som de så ud blot 400 millioner år efter Big Bang.

Kombineret med nye metoder, der anvender ALMA (Atacama Large Millimeter Array observatoriet) til indirekte at spore neutral gas gennem fjerninfrarødt lys, vil PRIMORDIAL-projektet skabe den første store og statistisk robuste kortlægning af dette oprindelige brintindhold: Hvor befinder gassen sig? Hvor meget er der? Og hvordan påvirker den både stjernedannelse og den flugt af lys, som i sidste ende reioniserede universet?

Projektet er organiseret omkring tre arbejdspakker:

1. Kortlægning af hydrogengas omkring individuelle galakser i universets første milliard år.
2. Identifikation og karakterisering af tætte galakseansamlinger fra denne periode.
3. Brug af ALMA til at “veje” den samlede mængde hydrogengas omkring typiske galakser i det tidlige univers.

Samlet set skal disse studier hjælpe med at løse nogle af de største gåder, som JWST har afsløret, herunder hvorfor de tidligste galakser ser ud til at være både mere lysstærke og mere massive end forventet.

Der forventes ansat én postdoc og to ph.d.-studerende i projektet.

NBI ønsker alle modtagere stort tillykke med deres ERC-bevillinger og ser frem til at følge, hvordan deres idéer udfolder sig og blomstrer i løbet af de næste fem år.