Urknall und Entwicklung des Universums Thomas Hebbeker RWTH Aachen Dies Academicus 08.06.2005 Grundlegende Beobachtungen Das Big-Bang Modell Die Entwicklung des Universums 1.1
Blick ins Universum: Sterne und Galaxien Die Milchstrasse Nachbarstern Proxima Centauri 4 Lichtjahre 25000 Lj 1 Lichtjahr =70000 mal Abstand Erde- Sonne Aachen Das Sonnensystem in der Unsere Galaxie = Milchstrasse Milchstrasse
Blick ins Universum: Sterne und Galaxien Andere Galaxien Nachbargalaxie Andromeda 3 Millionen Lichtjahre Palomar Observatory, E. Hubble (1949) Whirlpool (Hubble Teleskop) 37 Millionen Lj
Vergangenheit! Blick ins Universum: Sterne und Galaxien Entfernte Galaxien Hubble-Teleskop bis zu einigen Milliarden Lichtjahren Blick in die
Doppler-Effekt (Licht) Wellenlänge Sonnenlicht: Atomare Spektrallinien: 0.4 µm 0.8 µ m
Rotverschiebung der Spektrallinien E. Hubble 0.4 µm 0. 8 Universum expandiert!
1 2 Explosionsmodell 3 x Hubble-Gesetz: v = H r r 1/H = 15 Milliarden Jahre = Weltalter v
Raum Big Bang = Ur- Knall - 15 Milliarden Jahre 08.06.2005 Zeit
Das heutige Universum Materie: 11 10 Galaxien 10 mit je 11 Sternen dunkle Materie Strahlung: Sternenlicht Hintergrundstrahlung
Zusammenfassung Grundlegende Beobachtungen Universum = viele Galaxien Galaxien fliegen auseinander Big-Bang -Modell
Die Entwicklung des Universums Adler-Nebel (M16) Hubble- Teleskop Grundlegende Beobachtungen Das Big-Bang Modell
Ist das Urknall-Modell richtig? Unsere Vorstellung: Universum früher dicht und heiß; Galaxien fliegen voneinander weg FRAGEN: Beobachtbare Überbleibsel des heißen Urknalls? Entstehung der Atome im frühen Universum? Alter des Universums? Zukunft? Geht die Expansion immer weiter?
Sonne Licht von der Urexplosion Urexplosion: heißes Gas / Plasma (ähnlich Sonne) T = 6000 K Plancksche Strahlungskurve
Sonne Licht von der Urexplosion Urexplosion: heißes Gas / Plasma (ähnlich Sonne) T = 6000 K Vorhersage von R. Alpher u.a.1948: Ur-Licht heute noch beobachtbar Wellenlängen ~ 1000 mal größer Spektrum gleiche Form Plancksche Strahlungskurve
Die kosmische Hintergrundstrahlung 1% A. Penzias und R. Wilson 1965: T = 3 K COBE Mikrowellenstrahlung aus dem Kosmos = Blitz der Urexplosion Plancksche Strahlungskurve
Ist das Urknall-Modell richtig? Unsere Vorstellung: Universum früher dicht und heiß; Galaxien fliegen voneinander weg FRAGEN: Beobachtbare Überbleibsel des heißen Urknalls? Ja, kosmische Hintergrundstrahlung = Mikrowellenstrahlung
Prozesse im frühen Universum 10 10 a 08.06.2005 300000 a Atome 3min 10 10 s Kerne Ladungssumme = 0
Nukleosynthese t = 3 min T = 1 000 000 000 K 2 n + 2 p He-Kern (stabil) p = H-Kern (übriggebliebene Protonen) Schwere Kerne (C, O, U...) entstanden erst in Sternen/Supernovae!
Bildung von Atomen t = 300 000 a T = 3000 K He-Kern + 2 e He-Atom 25% Masse 3min Kerne H-Kern + e H-Atom 75% kosmische Weltall ohne freie Ladung! Licht kann sich ungehindert ausbreiten! Universum wird durchsichtig! Hintergrundstrahlung
Die Chemie des Universums Vor der Sternbildung: Am Ende des Sternenlebens: 75 % 25 % Wasserstoff Helium BIG BANG- Modell sagt Messdaten richtig voraus! Wir bestehen aus Sternenasche!
Ist das Urknall-Modell richtig? Unsere Vorstellung: Universum früher dicht und heiß; Galaxien fliegen voneinander weg FRAGEN: Entstehung der Atome im frühen Universum? Ja, Wasserstoff und Helium, im Urknallmodell richtig berechnet
Wie alt ist das Universum? a) Objekte im Universum: ~ 4 Milliarden Jahre ~ 14 Milliarden Jahre a u s g e b r a n n t e S t e r n e b) Zeitpunkt des Urknalls Hubble-Gesetz: v = H r 1/H ~ 15 Milliarden Jahre = Weltalter
Ist das Urknall-Modell richtig? Unsere Vorstellung: Universum früher dicht und heiß; Galaxien fliegen voneinander weg FRAGEN: Alter des Universums? Ungefähr 15 Milliarden Jahre
Zusammenfassung Big-Bang - Modell Universum entstand aus heißem Urknall vor ~15 Milliarden Jahren Mit Abkühlung entstanden Atome (Wasserstoff + Helium) und Galaxien Die kosmische Hintergrundstrahlung zeugt vom Explosionsblitz
Die Entwicklung des Universums Adler-Nebel Grundlegende Beobachtungen Das Big-Bang Modell
Kollaps Entwicklung des Universums? Hat Einstein Recht? Beschleunigte Expansion Z e i t In jedem Szenarium: Urknall!
Evolution des Universums (a la Einstein) Galaxie Geschwindigkeit nimmt ab, da Gravitation anziehend proportional zur Massendichte (Unbekannter) Parameter Ω m gibt an, welcher Effekt die Oberhand gewinnt: Ω m > 1: Schwerkraft gewinnt Ω m entscheidet über unser Schicksal!
Evolution des Universums (Einstein) Big Bang =Urknall entfernten Galaxien = Abstand zwischen zwei Big Crunch Alter des Universums ~ 15 Milliarden Jahre Welche Kurve ist richtig?
Wie kann man die Evolution messen? Bestimmung der Geschwindigkeitsänderung der Galaxien mit der Zeit schnell langsam negativ Idee: weit entfernte Objekte = Blick in die Vergangenheit (Lichtlaufzeit!) Geschwindigkeitsmessung mit Dopplereffekt
Supernovae Ia Explosion wenn Masse 1.4m Sonne Helligkeit: gleich groß Entfernung Blick in Vergangenheit! Fluchtgeschwindigkeit Zeitskala: einige Wochen
Messung der Geschwindigkeitsänderung Ergebnis: mit Supernovae Neue Kraft, neue Energieform: dunkle Energie wirkt abstoßend! Erweitertes Modell: Einsteins kosmologische Konstante Λ
Messung der Geschwindigkeitsänderung mit Supernovae Ergebnis: Geschwindigkeit heute höher als früher! Abstoßung, beschleunigte Expansion Konsequenz: modifiziertes Gravitationsgesetz neue Energieform: dunkle Energie
Energieformen im Universum unbekannt! Anteil in % 45 1? 23 25 dunkle Materie (nichtleuchtend) dunkle Energie [kosmol. Konst.]??? baryonische Materie leuchtende Materie 7370 unverstanden!
Zusammenfassung Entwicklung des Universums Urknall-Modell qualitativ erfolgreich Messungen zeigen Abweichung von berechneter Entwicklung der Galaxiengeschwindigkeiten! Mögliche Erklärung: Erweiterung des Gravitationsgesetzes, dunkle Energie
Zusammenfassung goldenes Zeitalter der Kosmologie... Messungen...Theorie... Revolution in der Physik!? http://www.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/welcome.html#presentations