Moderne Kosmologie. Michael H Soffel. Lohrmann Observatorium TU Dresden

Transkript

1 Moderne Kosmologie Michael H Soffel Lohrmann Observatorium TU Dresden

2 Die Expansion des Weltalls

3 NGC 1300

4 1 Nanometer = 1 Millionstel mm ; 10 Å = 1 nm

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7 Fraunhofer Spektrum Klar erkennbare Absorptionslinien - z.b.: Na D Linien bei 5896 und 5890Å, die Ca H, K Linien bei 3968 und 3934Å

8 Der Doppler Effekt bei Licht

9 Edwin Hubble auf dem Mt. Wilson Hubble am 100 Inch Hooker Teleskop, Das Hooker Teleskop auf dem Mt. Wilson (bei Pasadena, CA) war das größte Teleskop der Erde zwischen

10 Ca Na Kosmische Rotverschiebungen (Nanometer)

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13 Das Hubble Gesetz V = H d 0 H 0 : Hubble Konstante

14 Bestimmung der Hubble Konstante: Messung der kosmischen Distanz Methoden: (Beispiele) -- trigonometrische Parallaxen -- Cepheid Variable -- andere Standardkerzen (Supernovae)

15 1 pc = 3,2 ly

16 Hubble Space Telescope und Cepheid Variable

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19 Helligkeits - Perioden Relation bei Cepheiden

20 Cepheidvariable im Virgo

21 Das Prinzip einer Standardkerze

22 H_0 = km/s/mpc 70 +/- 7 (neuer Wert)

23 Rechnet man die Expansion des Alls zurück in der Zeit so ergibt sich: das All ist vor endlicher Zeit im Rahmen einer gigantischen Explosion (Big Bang) entstanden

24 Das Alter der Welt

25 Methoden zur Bestimmung des Weltalters -- Temperatur Weisser Zwergsterne -- HR-Diagramm von Kugelstenhaufen T_uni = Milliarden Jahre

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29 Isochrone für M30

30 Einsteinsche Gravitationstheorie

31 A. Einstein: Gravitation kann als Phänomen der Krümmung von Raum und Zeit verstanden werden

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33 Gravitation als Phänomen der Krümmung von Raum und Zeit

34 anomale Periheldrehung des Merkur: 43 pro Jhd. kann die Newtonsche Theorie nicht erklären, wohl aber die Einsteinsche

35 Bild mit Sonne Bild ohne Sonne Ablenkungswinkel: 1,75 am Sonnenrand gravitative Lichtablenkung

36 Geometrie der Welt im Grossen

37 Viele theoretische Überlegungen basieren auf dem Kosmologischen Prinzip: das Universum ist auf sehr großen Längenskalen homogen und isotrop d.h. aller Örter und alle Richtungen sind gleichberechtigt, wenn man über kosmische Volumina mittelt

38 Gilt dieses KP? Faktum: Das Universum ist sehr strukturiert bis zu Skalen von einigen 100 Mpc 1 pc = 1 Parsec = 3,26 Lichtjahre = 3 x 10**(18) cm 1 Mpc = 1 Million pc = 3 x 10**(24) cm

39 -10 Sonnensystem: 2 x 10 Mpc : Milchstrasse: 0.03 Mpc Die lokale Gruppe: 1-3 Mpc

40 Der lokale Supercluster: Mpc

41 Dimensionen der grossen Mauer: 150 x 70 x 5 Mpc Distanz: 100 Mpc

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43 Δρ/ρ < 10-4 für R > 1000 (Mpc/h) (O.Lahav, 2000)

44 Kosmische Dynamik

45 Es gibt eine kritisch Dichte mit Parameter

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47 Die 3 möglichen Geometrien unserer Welt im Grossen

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50 Die Expansion des Alls im geschlossenen Weltraum

51 Ist unser All offen, geschlossen oder flach? Man muss die mittlere kosmische Dichte (bzw. den Dichteparameter bestimmen) Sichtbare Materie: Ω < 0,05 (sehr geringe Dichte) ABER:

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53 Rotationskurve des Andromeda Nebels: der größte Teil der kosmischen Masse ist unsichtbar (dunkel)

54 Dunkler Halo um eine Spiralgalaxie

55 Nachweis dunkler Materie durch den Gravitationslinseneffekt

56 Das Problem der dunklen Energie

57 Der Casimir Effekt: Das Vakuum trägt Energiedichte und bewirkt Kräfte

58 Kosmologie mit dunkler Energie (kosmologischer Konstante)

59 Auch mit kosmologischer bestimmt der totale Dichteparameter ΩT = ΩM + ΩΛ die Geometrie des Alls: ΩT = 1 Weltall ist flach ΩT < 1 Weltall ist offen ΩT > 1 Weltall ist geschlossen

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61 Kosmologie und Supernovae vom Typ I Weisser Zwergstern: explodiert wenn Masse einen kritischen Wert übersteigt

62 Befund: Weltall scheint beschleunigt zu expandieren!

63 Die kosmische Hintergrundstrahlung

64 3 K

65 Penzias und Wilson

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67 Temperatur schwankungen

68 Geometrie: flach

69 WMAP: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 1995 WMAP wird der NASA vorgeschlagen Juni: Start mit Hilfe einer Delta Rakete

70 WMAP

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73 CMBR + Supernova I Daten: Weltalter 13,7 Milliarden Jahre 4% leuchtende Materie 23% dunkle Materie 73% Vakuumenergie erste Sterne bereits 200 Millionen Jahre nach dem Urknall

74 Frühes Universum

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79 Bildung der ersten Sterne und Galaxien mögl. bereits nach einigen 100 Millionen Jahren nach dem Urknall (Reionisation und Polarisation der CMBR) Das dunkle Zeitalter des Alls: J bis 1 Milliarde Jahre

80 Computersimulation der kosmischen Strukturbildung

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83 Andromeda

84 FIN