Max Camenzind Senioren-Uni Würzburg @ WS2014 Ferrara Dez. 2014
Lemaître 1931: Big Bang des expandierenden Universums Big Bang : Photonenhintergrund + Neutrinohintergrund 3-Raum expandiert: dx a(t) dx ; Wellenlängen werden ebenso gestreckt.
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
Das Moderne Weltmodell coldcreation.blogspot.com
Rekombination
Big Bang t = 0: Rand des Universums...... Strahlungssphäre: Photon-dominiertes neutrales Plasma 1 e - auf 2 Mrd. Phot..... Photosphäre Universum 2,725 K 380.000 LJ... Temperatur nimmt zu T 10 32 K...
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 (1904-1975)
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.
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
Spektrum der 3K Strahlung Planck T 0 = 2,725 K
Was ist Wiensches Verschiebungsgesetz??????????????? Ein bisschen Allgemeinwissen: Wovon hängt die Energieverteilung der Planckschen Strahlung ab? Wann wurde das Gesetz gefunden?
nur von Temperatur T ~ 1/ 4 Staub
Beitrag CMB zur Expansion? Nach Stefan-Boltzmann: Energiedichte = a SB T 4 a SB = 7,56 x 10-16 J/m³/K 4 W Rad = 9 x 10-5 (mit Neutrinos) Da Druck P Rad = Endichte/3 dominant im frühen Universum
Kosmische Hintergrundstrahlung CMB 1965-2014 Die ältesten Photonen im Universum Entdeckten das Nachglühen vom Big Bang. 3,0 K Rayleigh-Jeans 1989-1992 2001-2010 2009-2012 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 WMAP9 2013 Kosmologisches Modell Winkelskala ~ 5, ΔT/T ~ 2x10-6, 30-867 GHz Resultate ~ 2014 prelim.
Vermessung 3K CMB Anisotropien Planck
Dipol Anisotropien + Milchstraße COBE Patches von ~ 25 Grad Anisotropien
2003 Boomerang Karten Auflösung: 0,17 Grad
2001-2010 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
Emission der Milchstraße
95 GHz 61 GHz WMAP Karten 33 GHz 23 GHz 41 GHz
Vordergrund korrigierte Karte Auflösung reicht nicht aus Strukturen
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
CMB Temperatur Anisotropien: Temperatur-Korrelationsfunktion T(n) T(m) C( ) < T(n) T(m) > n. m = cos
Multipole l = 1,2,3,,12 Dipol Quadrupol Sextupol Super- Horizon- Patches
180 l Inflation Skalenfreies Spektrum
Individuelle Beiträge zu C l
Kumulative Beiträge zu C l
Sachs-Wolfe Plateau Akustische Oszillationen Silk Dämpfung Winkelskala = 180 Grad/l CMB: 3 Effekte WMAP Planck
WMAP 10 Jahre Resultate W L = 0,92 0,736 W m C.L. Bennett et al. 2013
Kosmologische Parameter 2013 9 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
Materie des heutigen Universums 4,7 % 0,1-1 % W B 24,0 % W DM W DE 71,35 %
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 10.000 bis 30.000 neuer Galaxiehaufen durch Sunyaev-Zel dovich- Effekt (SZE)? Messung der CMB Polarisation?
Planck ist international
Planck im Labor
Planck im Lagrangepunkt 2
Planck Temperaturverlauf
Planck Fokalpunkt HFI Detektoren LFI Detektoren à la WMAP
9 Frequenzbänder von Planck und Strahlung der Milchstraße Wellenlänge in mm Staub dominiert WMAP
CMB Dipol von COBE gemessen Image Credit: DMR, COBE, NASA, Four-Year Sky Map
Bewegung am Himmel CMB Dipol
Dipol Kalibration der Detektoren
CMB-Strukturen Frequenz-unabhängig
CMB-Strukturen Frequenz-unabhängig
CMB-Strukturen Frequenz-unabhängig
Planck Karten
Planck Karten
Planck Datenreduktion 2014
Bereinigte Planck Karte 2014 Planck Collaboration 2014
Efstathiou 2014
Efstathiou 2014
LCDM Modell Planck 2014 Efstathiou 2014
Efstathiou 2014
Efstathiou 2014
Zustandsgleichung Dunkle Energie Efstathiou 2014
GWellen Big Bang
Gravitationswellen sind Gezeitenwellen Ron Cowan, Nature March 2014
BICEP2 Antarktis
BICEP2 Bolometer T = 0,25 K
BICEP2: B-Moden Polarisation
Inflationäre Gravitationswellen r = Amplitude GWelle/Amplitude SkalarWelle BICEP2 Efstathiou 2014
Das Auf und Ab mit GWellen März 2014 Mid 2014 Ende 2014 Efstathiou 2014
Zukunft: Keck Array multiple receivers very similar to BICEP2
Doku: BICEP2 Antarktis
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).
Nächster Termin 20. April 2015