Die Kosmische Hintergrundstrahlung
Übersicht Zeit vor der Entdeckung Die Entdeckung Genaue Messung Auswertung Ausblick Neutrinohintegrund 2
Vor der Entdeckung statisches Universum Temperatur des Universums Robert Dicke (19161997) T<20K 3
Vor der Entdeckung George Gamow (1904-1968) Ralph Alpher (1921-2007) Robert Herman (1914-1997) 4
Vor der Entdeckung 1948 αβγ-theorie Urknall Protonen, Neutronen, Elektronen Ursuppe Hintergrundstrahlung vorhergesagt 50 K - 5 K 5
Die Entdeckung Arno Penzias (1933) Robert Woodrow Wilson (1936) 6
Die Entdeckung 1964 Test der neuen Hornantenne Rauschsignal lies sich nicht beseitigen Messung über längeren Zeitraum Juli 1964 April 1965 7
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
Die Entdeckung 1964 Test der neuen Hornantenne Rauschsignal lies sich nicht beseitigen Messung über längeren Zeitraum Juli 1964 April 1965 Princeton hat Erklärungsvorschlag 9
Die Entdeckung Robert Dicke(1916-1997), Jim Peebles (1935), Peter Roll, David Wilkinson (1935-2002) 10
Die Entdeckung 11
Die Entdeckung Aktuelle Messung FIRAS Planck Spektrum für T=2.73 K Fehlerbalken kleiner als Strichdicke 12
Die Entdeckung 13
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Die Entdeckung 17
Die Entdeckung Es gibt den Big Bang Viele Theoretische Arbeiten Doch zur Überprüfung genaue Messung notwendig Satellitenmission benötigt 18
Genaue Messung COBE Cosmic Background Explorer Start 18.11.1989 Dauer: 4 Jahre 3 Instrumente FIRAS DIRBE DMR 19
Genaue Messung 20
Genaue Messung FIRAS Far-InfraRed Absolute Spectrophotometer MichelsonInterferometer mit Vergleichsquelle Nach 9 min schon Ergebnis 21
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
Genaue Messung Auf mk Skala kommt es zu einer DipolVerschiebung Lösung CMB und Erde sind nicht im selben Bezugssystem 23
Genaue Messung rel. Bewegung der Erde zum CMB v=368 km/s 24
Genaue Messung DIRBE Diffuse Infrared Background Experiment Vermessung im Infrarotem der Störquellen 25
Genaue Messung George Smoot (1945) John Mather (1946) 26
Genaue Messung WMAP Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 30.01.2001 7 Jahre Instrument ähnlich wie DMR Kann noch Polarisation Messen 27
Genaue Messung 28
Genaue Messung 5 Verschiedenen Frequenzen vermessen (23GHz, 33GHz, 41GHz, 61GHz, 94GHz) Messung der Polarisation (17% der CMB) lässt auf frühere Reionisation schließen 29
Genaue Messung WMAP, COBE und noch ein paar Ballonexperimente liefern Daten Dipol-Verschiebung lässt sich korrigieren Messung anderer Strahlungsquellen in diesem Wellenlängenbereich 30
Genaue Messung 31
Genaue Messung µk-skala Bild 380 000 Jahre (z=1100 T=3000K) nach dem Uhrknall 32
Auswertung 33
Auswertung Kosmische Varianz C Alles Numerisch berechenbare Größen WMAP Winkelauflösung von 0.9 bis 0.23 l 34
Auswertung 35
Auswertung 36
Auswertung 37
Auswertung Sachs-Wolfe Effekt Quantenfluktuationen Inflation friert diese ein Auf große Abstände (Winkel > 1 ) konstante Verteilung Hinweis auf dunkle Materie 38
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
Auswertung 40
Auswertung Photonen+Baryonen bilden Plasma Alle möglichen Schallwellen werden angeregt Schallgeschwindigkeit v=c/ 3 41
Auswertung 42
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
Auswertung Silk-Dämpfung Photonen zerschießen kleine Materialsammlungen Führt zu exponentiellen Dämpfung 44
Auswertung 45
Auswertung Winkel ca. 1 entspricht Multipol l ca. 200 Damit k=0 46
Auswertung 47
Auswertung 48
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
Auswertung Integrierter SachsWolfe-Effekt Photon fällt in Potenzialtopf Beschleunigte Expansion hat eine Abflachung des Potenzialtopf zugrunde Photon gewinnt Energie 50
Auswertung Daten passen gut zu BBN l=2 wird diskutiert Galaktische Ebene wird diskutiert Mehr (bessere) Messungen Notwendig 51
Ausblick Planck gestartet 14.05.2009 Messung bei 9 verschieden Frequenzen 30857 GHz Winkelauflösung von 5' 52
Ausblick 53
Ausblick Genauere Bestimmung möglich, 6 Monate einmal komplett, 15 Monate insgesamt Neue Phänomene 54
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
Zusammenfassung Seit der Entdeckung ->Big Bang Existenz der Dunkeln Materie Parameter bestimmbar Existenz der Dunklen Energie Genauere Messung bald 56
DANKE besonderen Dank an Herrn Profesor Guido Drexlin und Herrn Dr. Klaus Eitel 57
Quellen: Skript ATP Guido Drexlin Teilchenastrophysik Hans V. Klapdor-Kleingrothaus, Kai Zuber Physical Review Spektrum der Wissenschaft Physik Journal Vortrag von Herrn Zeller http://www.weltderphysik.de/ http://background.uchicago.edu/~whu/ http://www.rssd.esa.int/index.php?project=planck http://map.gsfc.nasa.gov/ http://en.wikipedia.org/ http://de.wikipedia.org/ 58
Bildquellen: Skript ATP Guido Drexlin http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~q61/sgb10.gif http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/images/obs/wmap/all-sky-cmbglobes_sm.jpg http://www.esa.int/images/09feb2009-3108_h.jpg http://map.gsfc.nasa.gov/media/020622/020622_m.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/firas_spectrum.jpg http://www.takimo.de/lexikon/urknall2.html http://www.ias.u-psud.fr/website/modules/content_mic/images/local/image/cobe.jpg http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/about_firas.cfm http://people.na.infn.it/~barbarin/materialescientifico/astroparticelle/fig_astrpartcle/firas _BLOCK_DIA.GIF http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/image/9906/dip_cobe.jpg http://zebu.uoregon.edu/2004/a321/wmap1.jpg http://background.uchicago.edu/ http://www.ichthus.info/bigbang/pics/big-bang.jpg http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1978/ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f7/horn_antennain_holmdel,_new_jersey.jpeg http://www.redactions.com/images/ylem.gif 59