Max Camenzind Senioren-Uni WS2014 Ferrara Dez. 2014
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- Rudolf Dittmar
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1 Max Camenzind Senioren-Uni WS2014 Ferrara Dez. 2014
2 Lemaître 1931: Big Bang des expandierenden Universums Big Bang : Photonenhintergrund + Neutrinohintergrund 3-Raum expandiert: dx a(t) dx ; Wellenlängen werden ebenso gestreckt.
3 Unsere Themen Geschichte des Universums und CMB Gleichgewicht von Strahlung und Materie Die Rekombination CMB als Relikt CMB-Strahlung Historie CMB-Strahlung - Experimente CMB-Strahlung Anisotropien, Korrelation CMB und Kosmologische Modelle CMB und Gravitationswellen
4 Das Moderne Weltmodell coldcreation.blogspot.com
5
6 Rekombination
7 Big Bang t = 0: Rand des Universums Strahlungssphäre: Photon-dominiertes neutrales Plasma 1 e - auf 2 Mrd. Phot..... Photosphäre Universum 2,725 K LJ... Temperatur nimmt zu T K...
8 Big Bang Nukleosynthese & CMB 1940s: Gamow, Alpher & Herman: alle chemischen Elemente werden synthetisiert via nukleare Reaktionen in hot early universe ylem 1. Vorhersage der Existenz des CMB mit T 0 ~ 5 K George Gamow ( )
9 Die Entdeckung der 3K-Hintergrundstrahlung 1964 entdeckten die beiden Radio Ingenieure Arno Penzias und Robert Wilson bei der Eichung einer Antenne ein Strahlungssignal im Mikrowellenlängenbereich ( = 7,15 cm). Da dieses Signal keine periodischen Schwankungen zeigte und aus allen Richtungen in gleicher Stärke kam, schien es kosmischen Ursprungs zu sein. Beide erhielten 1978 den Nobelpreis für ihre Entdeckung. Robert Dicke ging leer aus.
10 Arno Penzias und Robert Wilson entdecken mit ihrer neuentwickelten Hornantenne ein isotropes Rauschen mit λ 7,15cm, konnten es nicht erklären. Robert Dicke (Princeton) identifiziertes es als CMB. Penzias + Wilson Nobelpreis, 1978
11 Spektrum der 3K Strahlung Planck T 0 = 2,725 K
12 Was ist Wiensches Verschiebungsgesetz??????????????? Ein bisschen Allgemeinwissen: Wovon hängt die Energieverteilung der Planckschen Strahlung ab? Wann wurde das Gesetz gefunden?
13 nur von Temperatur T ~ 1/ 4 Staub
14 Beitrag CMB zur Expansion? Nach Stefan-Boltzmann: Energiedichte = a SB T 4 a SB = 7,56 x J/m³/K 4 W Rad = 9 x 10-5 (mit Neutrinos) Da Druck P Rad = Endichte/3 dominant im frühen Universum
15 Kosmische Hintergrundstrahlung CMB Die ältesten Photonen im Universum Entdeckten das Nachglühen vom Big Bang. 3,0 K Rayleigh-Jeans Planck Schwarzer Körper 2,725 K, Entdeckte Strukturen (Anisotropien) im Nachglühen. Winkelskala ~ 7 im Bereich ΔT/T of 10-5 (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe): Anisotropien auf Winkelskala ~ 14 Resultate WMAP Kosmologisches Modell Winkelskala ~ 5, ΔT/T ~ 2x10-6, GHz Resultate ~ 2014 prelim.
16 Vermessung 3K CMB Anisotropien Planck
17 Dipol Anisotropien + Milchstraße COBE Patches von ~ 25 Grad Anisotropien
18 2003 Boomerang Karten Auflösung: 0,17 Grad
19 WMAP Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - Raumsonde auf Lagrange-Punkt L2 Winkelauflösung von 0,3 Detektorempfindlichkeit: 20 μk pro 0,3 - Pixel Maximaler systematischer Fehler 5 μk pro Pixel Spektrum: 1cm bis 3mm Differential-Mikrowellen- Radiometer bereits nach 1 Jahr exzellente Ergebnisse 2012 Ergebnisse nach 9 J WMAP9 Daten
20 Emission der Milchstraße
21 95 GHz 61 GHz WMAP Karten 33 GHz 23 GHz 41 GHz
22 Vordergrund korrigierte Karte Auflösung reicht nicht aus Strukturen
23 Harmonische Analyse der Temperaturfluktuationen T (, T ) l 2 l m l a lm Y lm (, ) C ( 1 Winkel- )= ( 2l+ 1)C lp( l cos ) 4π l korrelations- Funktion
24 CMB Temperatur Anisotropien: Temperatur-Korrelationsfunktion T(n) T(m) C( ) < T(n) T(m) > n. m = cos
25 Multipole l = 1,2,3,,12 Dipol Quadrupol Sextupol Super- Horizon- Patches
26 180 l Inflation Skalenfreies Spektrum
27 Individuelle Beiträge zu C l
28 Kumulative Beiträge zu C l
29 Sachs-Wolfe Plateau Akustische Oszillationen Silk Dämpfung Winkelskala = 180 Grad/l CMB: 3 Effekte WMAP Planck
30 WMAP 10 Jahre Resultate W L = 0,92 0,736 W m C.L. Bennett et al. 2013
31 Kosmologische Parameter globale FLRW Parameter: H 0 q 0 t 0 T 0 W DE W B W DM W W k 69+/- 0,8 km/s/mpc Hubble Expansionsrate -0,67 +/- 0,15 Abbremsparameter 13,75 +/- 0,08 Gyr Alter des Universums 2,725 +/- 0,001 K CMB Temperatur 0,712 +/- 0,001 Dunkle Energie, w=-1 0,0472 +/- 0,001 Baryonenanteil 0,2408 +/- 0,0092 Dunkle Materie DM 0,002 0,005 Dichte der Neutrinos -0,0072 +/- 0,0042 Krümmungsparameter WMAP9 + SNIa + BAO 2012
32 Materie des heutigen Universums 4,7 % 0,1-1 % W B 24,0 % W DM W DE 71,35 %
33 ESA CMB Experiment: Planck Winkelauflösung bis zu 5 Bogenminuten Empfindlichkeit: bis 1 Millionstel Kelvin Start am 14. Mai 2009, 13:20 Uhr. Spektrum: 1 cm bis 0,3 mm bessere Filtermöglichkeiten für Vordergrundstrahlung Messung bis in Bereich der Silkdämpfung Entdeckung bis neuer Galaxiehaufen durch Sunyaev-Zel dovich- Effekt (SZE)? Messung der CMB Polarisation?
34 Planck ist international
35
36 Planck im Labor
37 Planck im Lagrangepunkt 2
38
39 Planck Temperaturverlauf
40 Planck Fokalpunkt HFI Detektoren LFI Detektoren à la WMAP
41 9 Frequenzbänder von Planck und Strahlung der Milchstraße Wellenlänge in mm Staub dominiert WMAP
42 CMB Dipol von COBE gemessen Image Credit: DMR, COBE, NASA, Four-Year Sky Map
43 Bewegung am Himmel CMB Dipol
44 Dipol Kalibration der Detektoren
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48
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50 CMB-Strukturen Frequenz-unabhängig
51 CMB-Strukturen Frequenz-unabhängig
52 CMB-Strukturen Frequenz-unabhängig
53 Planck Karten
54 Planck Karten
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57 Planck Datenreduktion 2014
58 Bereinigte Planck Karte 2014 Planck Collaboration 2014
59
60 Efstathiou 2014
61 Efstathiou 2014
62 LCDM Modell Planck 2014 Efstathiou 2014
63 Efstathiou 2014
64 Efstathiou 2014
65 Zustandsgleichung Dunkle Energie Efstathiou 2014
66 GWellen Big Bang
67 Gravitationswellen sind Gezeitenwellen Ron Cowan, Nature March 2014
68 BICEP2 Antarktis
69 BICEP2 Bolometer T = 0,25 K
70 BICEP2: B-Moden Polarisation
71
72 Inflationäre Gravitationswellen r = Amplitude GWelle/Amplitude SkalarWelle BICEP2 Efstathiou 2014
73 Das Auf und Ab mit GWellen März 2014 Mid 2014 Ende 2014 Efstathiou 2014
74 Zukunft: Keck Array multiple receivers very similar to BICEP2
75 Doku: BICEP2 Antarktis
76 Zusammenfassung Nach Planck 2014 ist LCDM gute Näherung des kosmologischen Modells: W k ~ 0 Es gibt keine Evidenz in den Daten für eine Erweiterung des Modells! Also W k =???? Es gibt Diskrepanzen zur Messung der Hubble-Konstanten mit Supernovae! Grenze an Neutrinomassen m < 0,21 ev/c² Obergrenze an Amplitude r der Gravitationswellen aus der Inflation? Spektrum der Fluktuationen n s = 0,964 (sog. Tilted Spektrum).
77 Nächster Termin 20. April 2015
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