Sterne und Weltraum. Hochauflösende Teleskope Weltraumteleskop Hubble Very Large Telescope

Transkript

1 Sterne und Weltraum...Astrophysik auf neuen Wegen.. Hochauflösende Teleskope Weltraumteleskop Hubble Very Large Telescope...es geht nicht nur mit Licht... Wie sah Universum nach Jahren aus? Kosmische Katastrophen : Gamma-Strahlen-Blitze Aktive Galaxien Astronomie mit Neutrinos am Südpol

2 Hubble-Weltraumteleskop Sonnenschutz 2.4 m Spiegel 600 km über Erde empfindliche CCD s faint object camera Kosten 10 Milliarden $ Hauptspiegel

3 ... kleine Fehler rächen sich... Spiegel 0,002 mm falsch geschliffen! Korrekturoptik 1993 erfolgreich eingebaut

4 Mondkrater Copernikus

5 Galileische Jupitermonde

6 Nebel und Sternentstehung Sanduhr-Nebel Adler-Nebel

7 Gravitationslinsen ( Einsteinringe ) Ringe: Gravitationsbeugung von Licht weit entfernter Galaxien am 10 mal nähererem Abell Galaxienhaufen ( LJ entfernt)

8 Vorteil großer Teleskope Durchmesser D Fläche=¼ π D² Lichtsammlung und Auflösung verbessert: Beugung an Öffnung mit Durchmesser D: =λ / D D θ Lichtsammlung: D² Auflösung:...in Praxis begrenzt durch Luftschlieren! Wellenlänge D

9 Erreichte Auflösungen Auge Galileo- Teleskop Mount Palomar Öffnung [mm]: Lichtmenge: (relativ!) Auflösung [sec]: ,025 (theoretisch) ,5 (praktisch)

10 Quantensprung durch Hubble Hubble 0,01 Galileo Palomar 0,1 1 Auge Jahr Hubble ESO Außerhalb Atmosphäre!!...Auflösung kaum besser geworden!! Auflösung relativ zum Auge

11 Very Large Telescope (ESO) Cerro-Paranal (Chile) first light : UT1: Mai 1998 UT2: März 1999

12 VLT-Spiegel (Schott) 8,2 m Durchmesser 17 cm Dicke 23 t Gewicht 3 Monate Abkühlung poliert auf besser als 50 nm 1/10 der Lichtwellenlänge! Zerodur-Keramik (Schott)

13 Kollidierende Galaxien (VLT) Auflösung < 0.25 erreicht Verbesserung möglich durch: Adaptive Optik Spiegel wird kunstlich verbogen um Luftschlieren auszugleichen!

14 wie alles anfing.... :DVPDFKH LFKEORVV KHXWH"

15 ...wie alles anfing +H\GDV PDFKW6SDVV 'LHZDKUH*HVFKLFKWH KLQWHUGHU8UNQDOOWKHRULH

16 Die Ausdehnung von Raum und Zeit Edwin Hubble: Sterne fliegen auseinander! je weiter weg desto schneller! v = H r Geschwindigkeit Abstand Hubble-Konstante...typisch für Explosionsvorgang Urknall

17 Wie misst man die Entfernung?...zunächst bestimmt man die Geschwindigkeit... Optischer Dopplereffekt: v0=0 -v +v Wellenlängenverschiebung: (Rotverschiebung) z = λ λ0 λ = c+v c-v - 1 λ0 λ<λ0...wie akustischer Doppler- Effekt: Polizeisirene λ>λ0 Entfernteste Galaxie (1999): z = 6.68 v 58/60 c!! Hubble

18 Cepheide und Supernovae Cepheide Supernova

19 Die Hubble Konstante Schwierige Messung! wie Entfernung bestimmen? Standardkerzen nutzen: Cepheide, SN1a.. Bester Wert (Mai 99): H=21.5±2.2 km/s/10 6 LJ Stern in 1 Milliarde Lichtjahren Abstand entfernt sich mit v=21500 km/s von uns! Alter des Universums 1/H Milliarden Jahre

20 Supernova Ia Kerzen Supernovae vom Typ Ia haben: nahezu gleiche Helligkeit riesige Energieabgabe(P>10 36 AKW s) extrem weit zu sehen (z 1)...beschleunigt sich Ausdehnung des Universums? Antigravitation?

21 Wachstum des Universums Größe Galaxie Atome bilden sich - Photonen können entweichen! Kosmische Hintergrundstrahlung Sonnensystem Stecknadelkopf Schwache und elektromagnetische Wechselwirkung vereinheitlicht s s 100 s Jahre Alter mit Beschleunigern untersuchbar

22 ...wie entwickelt sich das Universum?

23 Natürliche Einheiten Entfernung: 1 Lichtjahr km Strecke die Licht in einem Jahr zurücklegt (v=c) Masse: 1 Sonnenmasse kg Luminosität: L sonne Watt Energieabstrahlung der Sonne

24 Wo befinden wir uns im Universum? Sonnensystem: 9 Planeten Milchstraße: Sonnen Universum: Galaxien Sternentstehung Erde Sonne LJ LJ

25 ...es geht nicht nur mit Licht! Das elektromagnetische Spektrum Experimente mit Mikrowellen.RVPLVFKH+LQWHUJUXQGVWUDKOXQJ Experimente mit γ-strahlung *DPPD6WUDKOHQ%OLW]H Hochenergetische kosmische Strahlung $NWLYH*DOD[LHQ

26 Das elektromagnetische Spektrum Wellenlänge λ [cm]

27 Durchlässigkeit der Atmosphäre sichtbar 5DGLRZHOOHQ Atmosphäre absorbiert Strahlung! Nur sichtbares Licht und Radiostrahlung gelangt zu uns! Wellenlänge

28 Kosmische Hintergrundstrahlung Körper mit Temperatur T [K] strahlen mit Wellenlängen λ Planck sches Gesetz: KF λ / λã e KFλN7-1 Eiskalter schwarzer Strahler mit T=2.73 K über absolut Null!... gilt für schwarzen Strahler

29 ...der COBE Satellit Messung des Spektrums der Hintergrundstrahlung (Firas) Suche nach Abweichungen (Dirbe) Genauigkeit: T/T 10-5!

30 Abweichung von Isotropie Winziger Effekt

31 Compton-Satellit Verschiedene Instrumente zur Messung von Gamma-Strahlung Suche nach kurzen Signalen: BATSE Blick aus Shuttle

32 Kosmische Hintergrundstrahlung Nachrauschen des Urknalls Durch Expansion auf 2.73 K abgekühlt (z=1100) Bild des Universums Jahre nach Geburt! Bis auf winzige Abweichungen (1/100000) isotrop! Winzige Abweichungen Keime für Galaxien? bestätigt Urknallhypothese

33 Gamma-Strahlen Blitze

34 BATSE-Detektor

35 Gamma-Strahlen-Blitze Bislang stärkster Ausbruch ( ) Sehr kurze Ausbrüche ( s) Energieabgabe manchmal so hoch wie Rest des Universums! 70 s I.A. sehr weit entfernt (Milliarden Lichtjahre)

36 Erste Beobachtung eines Gamma- Strahlen Blitzes mit Teleskop Beobachtungs-Zeitraum: 10 min

37 Gamma-Strahlen-Blitze Ursache noch unklar! kollidierende Neutronensterne? Hypernova? Energiereichste kosmische Katastrophe

38 Kosmische Strahlung hoher Energie Ablenkung in Magnetfeldern Kosmische Quelle ν Geradlinige Ausbreitung γ Protonen Schwache, ausgedehnte Magnetfelder (µg) nur bei allerhöchsten Energien Richtungsinformation für geladene Teilchen Absorption von Photonen im intergalaktischem Staub Neutrinos durchdringen alles! Aber schwierig nachzuweisen!

39 Kosmische Strahlung 1 Teilchen/m 2 /s Fluss nimmt stark mit Energie ab! 1 Teilchen/m 2 /Jahr 1 Teilchen/km 2 /Jahr Weitaus höhere Energien als in Beschleunigern! 1 Teilchen/km 2 /Jahrhundert

40 Aktive Galaxien 5% aller Galaxien aktiv! gewaltige Energieabgabe ( * Milchstraße!) Kern klein wie Sonnensystem, aber riesige Radio-Ohren Zentrum: Schwarzes Loch mit >10 8 Sonnenmassen fressen 10 Sonnen/Tag! Aktiver Kern

41 Gegenwärtiges Bild aktiver Galaxien Schematisch: Jet hochenergetischer Teilchen (p,e,γ,ν) Magnetfeld Ö Magnetfeld 6 0 Materie Õ Ô Materie Akkretionsscheibe Schwarzes Loch Akkretionsscheibe Radius 10 9 m Masse 10 8 Sonnenmassen < 1 LJ

42 Unvorstellbare Dichten.. Neutronenstern mit Sonnenmasse hätte: 13 km Durchmesser Dichte: g/cm 3 Ameise aus Neutronenstern-Material wäre so schwer wie Öltanker! Schwarze Löcher noch viel dichter!!

43 Schwarze Löcher aus der Nähe... Schwarzes Loch krümmt Raum Lichtstrahlen werden abgelenkt nahe dran kann selbst Licht nicht entrinnen: Schwarzschild-Radius r = 2GM/c 2

44 TeV γ s aus aktiven Galaxien Markarian 501 Hegra-Teleskop auf Kanarischen Inseln... γ erzeugt Cerenkov Licht in Atmosphäre Signal einer aktiven Galaxie

45 Neutrino-Fischen am Südpol... Scott-Amundson Station (Südpol)

46 AMANDA Experiment am Südpol Neutrinos durchdringen Erde Erzeugen Myonen nahe Detektor Myonen erzeugen ý-licht Eis in 1500 m Tiefe extrem transparent! Nachweis einzelner Photonen in Photovervielfachern

47 Mount Erebus

48 offizieller Südpol

49 wirklicher Südpol

50 Dunkelgebiet

51 Sommercamp

52 Hier wird gearbeitet...

53 und gefeiert

54 ditto...

55 Das letzte Modul...

56 Auf zu neuen Entdeckungen! 'DVN QQWHGLH(QWGHFNXQJGHV-DKUKXQGHUWVVHLQ.RPPWQDW UOLFKGDUDXIDQZLHZHLWHVQDFKXQWHQJHKWµ