Max Camenzind Senioren-Uni Würzburg @ WS2014 Ferrara Dez. 2014



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Transkript:

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