Die Kosmische. Hintergrundstrahlung

Transkript

1 Die Kosmische Hintergrundstrahlung

2 Übersicht Zeit vor der Entdeckung Die Entdeckung Genaue Messung Auswertung Ausblick Neutrinohintegrund 2

3 Vor der Entdeckung statisches Universum Temperatur des Universums Robert Dicke ( ) T<20K 3

4 Vor der Entdeckung George Gamow ( ) Ralph Alpher ( ) Robert Herman ( ) 4

5 Vor der Entdeckung 1948 αβγ-theorie Urknall Protonen, Neutronen, Elektronen Ursuppe Hintergrundstrahlung vorhergesagt 50 K - 5 K 5

6 Die Entdeckung Arno Penzias (1933) Robert Woodrow Wilson (1936) 6

7 Die Entdeckung 1964 Test der neuen Hornantenne Rauschsignal lies sich nicht beseitigen Messung über längeren Zeitraum Juli 1964 April

8 Die Entdeckung Messung bei 7.3 cm Ergebnis: Totale Antennentemperatur 6.7 K 2.3 K durch atmosphärische Absorption 0.9 K durch Ohmsche Verluste (Rauschen) 3.5 K +/- 1.0 K 8

9 Die Entdeckung 1964 Test der neuen Hornantenne Rauschsignal lies sich nicht beseitigen Messung über längeren Zeitraum Juli 1964 April 1965 Princeton hat Erklärungsvorschlag 9

10 Die Entdeckung Robert Dicke( ), Jim Peebles (1935), Peter Roll, David Wilkinson ( ) 10

11 Die Entdeckung 11

12 Die Entdeckung Aktuelle Messung FIRAS Planck Spektrum für T=2.73 K Fehlerbalken kleiner als Strichdicke 12

13 Die Entdeckung 13

14 14

15 15

16 16

17 Die Entdeckung 17

18 Die Entdeckung Es gibt den Big Bang Viele Theoretische Arbeiten Doch zur Überprüfung genaue Messung notwendig Satellitenmission benötigt 18

19 Genaue Messung COBE Cosmic Background Explorer Start Dauer: 4 Jahre 3 Instrumente FIRAS DIRBE DMR 19

20 Genaue Messung 20

21 Genaue Messung FIRAS Far-InfraRed Absolute Spectrophotometer MichelsonInterferometer mit Vergleichsquelle Nach 9 min schon Ergebnis 21

22 Genaue Messung DMR Differential Microwave Radiometer Vergleich zwischen zwei um 30 Gedrehten Antennen Mit Vergleichsquellen sehr genau Unterschiede auflösbar Bei drei verschiedenen Wellenlängen 10mm, 5.7mm, 3.3mm vermessen 22

23 Genaue Messung Auf mk Skala kommt es zu einer DipolVerschiebung Lösung CMB und Erde sind nicht im selben Bezugssystem 23

24 Genaue Messung rel. Bewegung der Erde zum CMB v=368 km/s 24

25 Genaue Messung DIRBE Diffuse Infrared Background Experiment Vermessung im Infrarotem der Störquellen 25

26 Genaue Messung George Smoot (1945) John Mather (1946) 26

27 Genaue Messung WMAP Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Jahre Instrument ähnlich wie DMR Kann noch Polarisation Messen 27

28 Genaue Messung 28

29 Genaue Messung 5 Verschiedenen Frequenzen vermessen (23GHz, 33GHz, 41GHz, 61GHz, 94GHz) Messung der Polarisation (17% der CMB) lässt auf frühere Reionisation schließen 29

30 Genaue Messung WMAP, COBE und noch ein paar Ballonexperimente liefern Daten Dipol-Verschiebung lässt sich korrigieren Messung anderer Strahlungsquellen in diesem Wellenlängenbereich 30

31 Genaue Messung 31

32 Genaue Messung µk-skala Bild Jahre (z=1100 T=3000K) nach dem Uhrknall 32

33 Auswertung 33

34 Auswertung Kosmische Varianz C Alles Numerisch berechenbare Größen WMAP Winkelauflösung von 0.9 bis 0.23 l 34

35 Auswertung 35

36 Auswertung 36

37 Auswertung 37

38 Auswertung Sachs-Wolfe Effekt Quantenfluktuationen Inflation friert diese ein Auf große Abstände (Winkel > 1 ) konstante Verteilung Hinweis auf dunkle Materie 38

39 Auswertung Zur Zeit der Entkopplung (Rekombination z=1100) Höhere Energie vor der Entkopplung Nach der Entkopplung muss das Photon wieder aus dem Potenzialtopf Nettoeffekt Rotverschiebung 39

40 Auswertung 40

41 Auswertung Photonen+Baryonen bilden Plasma Alle möglichen Schallwellen werden angeregt Schallgeschwindigkeit v=c/ 3 41

42 Auswertung 42

43 Auswertung Die Wellen breiten sich bis zur Rekombination aus Die Größe v s t dec = ist absolut Bei kleinen Wellenlängen kommt es zur Silk-Dämpfung 43

44 Auswertung Silk-Dämpfung Photonen zerschießen kleine Materialsammlungen Führt zu exponentiellen Dämpfung 44

45 Auswertung 45

46 Auswertung Winkel ca. 1 entspricht Multipol l ca. 200 Damit k=0 46

47 Auswertung 47

48 Auswertung 48

49 Auswertung ISW-Effekt Peakt bei Multipol l=20 ISW-Effekt ist ein weiter Hinweis auf die Dunkle Energie 50 Voids und 50 Cluster wurden ausgemacht 49

50 Auswertung Integrierter SachsWolfe-Effekt Photon fällt in Potenzialtopf Beschleunigte Expansion hat eine Abflachung des Potenzialtopf zugrunde Photon gewinnt Energie 50

51 Auswertung Daten passen gut zu BBN l=2 wird diskutiert Galaktische Ebene wird diskutiert Mehr (bessere) Messungen Notwendig 51

52 Ausblick Planck gestartet Messung bei 9 verschieden Frequenzen GHz Winkelauflösung von 5' 52

53 Ausblick 53

54 Ausblick Genauere Bestimmung möglich, 6 Monate einmal komplett, 15 Monate insgesamt Neue Phänomene 54

55 Neutrinohintegrund Neutrinos entkoppeln bei 1MeV n neutrino=340 cm 3 T neutrino =1.95 K aus Thermodynamik Noch näher am Urknall In absehbarer Zeit nicht detektierbar 55

56 Zusammenfassung Seit der Entdeckung ->Big Bang Existenz der Dunkeln Materie Parameter bestimmbar Existenz der Dunklen Energie Genauere Messung bald 56

57 DANKE besonderen Dank an Herrn Profesor Guido Drexlin und Herrn Dr. Klaus Eitel 57

58 Quellen: Skript ATP Guido Drexlin Teilchenastrophysik Hans V. Klapdor-Kleingrothaus, Kai Zuber Physical Review Spektrum der Wissenschaft Physik Journal Vortrag von Herrn Zeller

59 Bildquellen: Skript ATP Guido Drexlin _BLOCK_DIA.GIF