der kosmische Mikrowellenhintergrund

Transkript

1 der kosmische Mikrowellenhintergrund Kosmologie für Nicht-Physiker Markus Pössel (vertreten durch Björn Malte Schäfer) Haus der Astronomie Fakultät für Physik und Astronomie, Universität Heidelberg 22.Jan.2015

2 Inhalt 1 intro 2 PLANCK 3 CMB 4 summary

3 kosmischer Mikrowellenhintergrund source: COBE Universum ist gefüllt mit Strahlung, Wellenlänge Millimeter, Temperatur 2.726K Strahlung aus der Zeit, als sich die ersten Atome gebildet hatten

4 Bildung der ersten Atome source: science kids bei hohen Temperaturen läuft die Reaktion p + e H + γ in beide Richtungen die Temperatur des Universums fällt während seiner Ausdehnung bei niedrigen Temperaturen gewinnt die -Richtung und Atome bilden sich

5 Bildung der ersten Atome source: wikipedia bei niedrigen Temperaturen gewinnt die -Richtung und Atome bilden sich das geschieht bei 10 4 K, ungefähr Jahre nach dem Urknall

6 Ausbreitung von Licht source: Ned Wright wenn das Universum heiss ist, sind alle Atome ionisiert, und Photonen werden gestreut Atome bilden sich und Photonen können sich ungehindert ausbreiten wir sehen diese Strahlung heute als den kosmischen Mikrowellenhintergrund

7 intro PLANCK CMB summary COsmic Background Explorer source: NASA COBE-Satellit Markus Po ssel, (vertreten durch Bjo rn Malte Scha fer)

8 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe source: NASA WMAP-Satellit

9 Planck-surveyor source: ESA Planck-Satellit

10 PLANCK

11 PLANCK-Start mit Ariane-5 PLANCK-Start mit Ariane-5 von Französisch-Guyana

12 PLANCK optisches System PLANCKs optisches System

13 CMB-Bewegungsdipol source: COBE man sieht einen großen heißen und einen großen kalten Fleck am Himmel erzeugt durch die Bewegung der Milchstrasse relativ zum Mikrowellenhintergrund Geschwindigkeit ist ca. β = 371km/s/c

14 intro PLANCK CMB summary PLANCK-Himmelstemperaturkarte source: PLANCK Markus Po ssel, (vertreten durch Bjo rn Malte Scha fer)

15 nach Abzug der Milchstraße source: PLANCK was zur Hölle......sind diese kleinen Flecken überall!?!

16 COBE - WMAP - PLANCK comparison of CMB experiments (source: NASA)

17 Was ist mit diesen Flecken? Messung der Größe Temperaturkarte ist mit kleinen Flecken übersät wir können deren Größe messen es gibt ein Signal im Spektrum bei 1-2 Grad

18 intro PLANCK CMB summary Winkel und Strecken Landvermesser mit dem Jakobstab (source: wikipedia) Dreiecke sind durch 3 Laengen oder 2 Strecken und 1 Winkel festgelegt Messung von einer Strecke und einem Winkel legt die zweite Strecke fest Markus Po ssel, (vertreten durch Bjo rn Malte Scha fer)

19 intro PLANCK CMB summary Standard-Maßstab: Prinzip Entfernungsmessung in einem Zielfernrohr (source: wikipedia) Scha tzung der Entfernung zu einem Objekt durch Messung des Winkels unter dem es erscheint man muss eine Annahme u ber die Gro sse des Objekts machen Markus Po ssel, (vertreten durch Bjo rn Malte Scha fer)

20 Standard-Maßstab: Prinzip Trinity-Kernwaffentest, 16 milli-sekunden nach Zündung (source: wikipedia) physikalische Größe: kombiniere 1 Zeit seit Zündung 2 Geschwindigkeit des Feuerballs Entfernung: kombiniere 1 physikalische Größe 2 Winkelgröße

21 Schallwellen im frühen Universum Entwicklung einer Schallwelle (source: Eisenstein, Seo and Hu (2005)) Schallwelle breitet sich kugelförmig aus Ausbreitung stoppt, wenn sich Atome bilden

22 Schallwellen im frühen Universum Überlagerung von Schallwellen (source: NASA) Prozesse im frühen Universum regen Schallwellen an wir sehen deren Überlagerung in der Temperatur, T p

23 Standard-Maßstab: Prinzip Himmelskarte des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (source: NASA) heiße und kalte Flecken im Mikrowellenhintergrund haben eine bestimmte Größe Idee: Abstandsmessung durch Bestimmung des Winkels

24 Looking inthe theuniverse Universe Lookingback back in in time time in Looking inthe theuniverse Universe Lookingback back in in time time in Daniel Eisenstein Univ. of Arizona FLATGEOMETRY GEOMETRY OPEN CREDIT: WMAP & SDSS websites Looking inthe theuniverse Universe Lookingback back in in time time in Daniel Eisenstein Univ. of Arizona FLATGEOMETRY GEOMETRY FLAT CREDIT: WMAP & SDSS websites Daniel Eisenstein Univ. of Arizona FLAT GEOMETRY CLOSED GEOMETRY CMB CREDIT: WMAP & SDSS websites CMB CMB SDSS GALAXIES SDSS GALAXIES Markus Po ssel, (vertreten durch Bjo rn Malte Scha fer) SDSS GALAXIES PLANCK CMB intro summary Standard-Maßstab: Prinzip Messung der Kru mmung des Universums Flecken erscheinen gro ßer bei spha rischer Geometrie

25 Simulation des kosmischen Mikrowellenhintergrunds CMB simulator PLANCK Papiermodell

26 Flecken in der Verteilung der Galaxien Galaxienpaardichte ξ(r) in Abhängigkeit des Abstands r Flecken im Mikrowellenhintergrund sind durch Schwankungen der Materieverteilung erzeugt worden viel später entstehen Galaxien, deren Anzahldichte moduliert wird

27 Bilderbuchgalaxienhaufen: PLANCK vs. Röntgen Planck Collaboration: Planck catalogue of Sunyaev Zeldovich sources Galaxiencluster, source: PLANCK collaboration große Galaxiencluster tauchen auch in den CMB-Daten auf

28 Bilderbuchgalaxienhaufen: Shapley-Supercluster Planck Collaboration: Planck catalogue of Sunyaev Zeldovich sources a set associated with the 2013 release of data mission (Planck Collaboration I 2013), dection and properties of the Planck catalogue Z). laxies play several important roles in astrology. As rare objects, their number density is e to properties of the cosmological model such of primordial density perturbations (Peebles velopment with redshift probes the growth of hence perhaps helping to distinguish between odified gravity explanations for cosmic acceleviews by Borgani & Kravtsov 2009; Allen alaxies, hot gas and dark matter held in their tial wells provide a sample of the universal components (e.g., Voit 2005), whilethetheras probes both the cluster formation mechaprocesses within the cluster such as cooling on feedback (e.g., reviews by Fabian 2012; sen 2012). The study of the constituent galaxbrightest cluster galaxies normally found at s sensitive tests of galaxy formation models. se uses, there is considerable interest in develcluster catalogues that can be used for poplogical studies (e.g., Schuecker et al. 2003; 04). Clusters are genuinely multi-wavelength e selected in several ways: optical/infrared the galaxy populations; X-ray imaging of diation from the hot cluster gas; and through ovich (SZ) effect (Sunyaev & Zeldovich Shapley-Supercluster, Fig. 1: The super-cluster 1972; source: as seen PLANCK in the Planck collaboration survey. Upper panel: reconstructed thermal SZ map squaredegrees from MILCA (Hurier et al. 2010). The dotted circles rep- vich 1980) wherebyscatteringofcosmicmi- nd (CMB) photons from that hot gas distorts resent apertures of θ500 from the MCXC meta-catalogue around of the CMB Markus along Pössel, lines große of (vertreten sight through Galaxiencluster durch clus- Björn themalte resolved Schäfer) clusters. tauchen Lower panel: auch composite in den view ofcmb-daten the optical from DSS images, X-rays from ROSAT (light pink) auf survey

29 Bilderbuchmilchstrasse: organische Moleküle CO-Karte, source: PLANCK collaboration viele kleine Moleküle haben Übergänge bei 100 GHz Kohlenmonoxid bei 115 GHz

30 Zusammenfassung: Mikrowellenhintergrund wir können heute die Strahlung sehen, die bei der Entstehung der ersten Atome erzeugt wurde es gibt Flecken im Mikrowellenhintergrund, die ungefähr 1 Grad gross sind damit kann man die Entfernung zum Mikrowellenhintergrund messen mit der Entfernungsmessung kann man herausfinden, ob das Universum offen, geschlossen oder flach ist es ist unendlich gross aber endlich alt