Interpretation der Rotverschiebung als Doppler-Effekt ...wrh/grundkurs.dir/skripte-teil19.pdf · 12-01: 12-02 Interpretation der Rotverschiebung als Doppler-Effekt: z → v Hubble

:

12-01

:

12-02

Interpretation der Rotverschiebung als Doppler-Effekt: z→ v

Hubble fand lineare Korrelation von v mit Entfernung d

Hubble-Gesetz: v = H0 d

mit der Hubble- Konstanten H0

Wert laut Hubble: 530 km/sMpc

(vollig falsch!)

Heute plausibelster

Wert: 70 km/sMpc

H-10 = 14 Gyr

Abb.: Original-

Diagramm Hubble

(1929)

:

12-03

:

12-04

:

12-05

:

12-06

:

12-07

:

12-08

:

12-09

:

12-10

:

12-11

:

12-12

:

12-13

:

12-14

:

12-15

:

12-16

:

12-17

:

12-18

:

12-19

Calan/Tololo (Hamuy et al, A.J. 1996)

Supernova Cosmology Project

effe

ctiv

e m

Bm

ag r

esid

ual

stan

dard

dev

iatio

n

(a)

(b)

(c)

(0.5,0.5) (0, 0)( 1, 0 ) (1, 0)(1.5,–0.5) (2, 0)

(ΩΜ,ΩΛ) = ( 0, 1 )

Fla

t

(0.28, 0.72)

(0.75, 0.25 ) (1, 0)

(0.5, 0.5 ) (0, 0)

(0, 1 )

(ΩΜ , ΩΛ) =

Λ =

0

redshift z

14

16

18

20

22

24

-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-6-4-20246

Probleme mit dem Weltmodell

Nur mit baryonischerund dunkler Matrie istΩ < 1, aber nicht <<1(unwahrscheinlich!)

Weltalter erscheint zuklein fur die altestenSterne

Vermessung desHubble-Gesetzes mitHilfe von SN Ia passtbesser zu einem Modellmit kosmologischemLambda (Λ)(Nobelpreis 2011 furPerlmutter, Schmidt &Riess)

:

12-20

Das heutige concordance model der Kosmologie

Das Universum istflach (k=0, Ω=1)Hauptanteil kommtvon der DunklenEnergie

:

12-21

:

12-22

-0.6

7

-1.0

1

0.0

0.5

1.0

-1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.00.1

ΩΛ =0.75, Ω0 =0.27 vs. ΩΛ =0, Ω0 =1

-tlookback H0

R/R

0

Das ΛCDM-Modell

Expansion wird durch Dunkle Energie beschleunigt - warumausgerechnet zu unseren Lebzeiten ? unwahrscheinlich!

Was ist Dunkle Materie ? Was ist Dunklen Energie ??

Durch Λ gelost:Weltltalter(Friedmann-Zeit)nun ca. Hubble-Zeit (H-1

0 ) ausreichend

:

12-23

:

12-24

:

12-25

:

12-26

:

12-27

:

12-28

Der kosmische Mikrowellen-HintergrundCosmic Microwave Background (CMB), 3K-Hintergrundstrahlung

Vorhergesagt von Gamov, zufallig entdeckt von Penzias & Wilson1965 (Nobelpreis 1978)Vermessung mit speziellen Satelliten (Cobe, WMAP, Planck)

:

12-29

Kosmischer Mikrowellen-Hintergrund (Forts.)

Isotrop in genau einem ausgezeichneten Bezugssystem (!!)

Sehr genaues Schwarzkorper-Feld von 2.725 Kelvin (nach Abzugvon Vordergrundquellen: Milchstraße)Raumliche Fluktuationen von nur +-10-5 K akustische (!) Wellen

Analyse genaue kosmologische Parameter

:

12-30

:

12-31

:

12-32

:

12-33

:

12-34

Die primordiale NukleosyntheseLeptonen-Ara: Protonen undNeutronen im Gleichgewicht;(mNeutron -mProton ) c2 = 1.3 MeV

Danach: Nukleosynthese (2s ...1h, Maximum bei 200s)

Zerfall der freien Neutronen

Einfang von freien Neutronen 2 H, 3 He, 4 He, 7 Li ...

Einfangsraten hangen vonDichte ab !

Konkurrenz dieser Prozesse:Je hoher Ω, desto mehrNeutronen werden vor ihremZerfall "verwertet"

Vergleich mit Beobachtung: Ω≈ 0.05

:

12-35

:

12-36

:

12-37

:

12-38

:

12-39

:

12-40

:

12-41

:

12-42

:

12-43

:

12-44

:

12-45

25Das Drehbuch der Schopfung

Unser heutiges Universum enthalt:5% bekannte Materie27% unbekannte “Dunkle Materie”68% unbekannte “Dunkle Energie”

Urknall<10-43 s keine Theorie

10-35 s Quarks, ‘‘Inflation’’10-s s Zerstrahlung der Antimaterie

2s Protonen, Neutronen200s Helium, etwas Lithium

380 000 Jahre 3K-Hintergrundstrahlung

Dunkles Zeitalter

Galaxien

Sternentstehung

Sterne Elemente

Supernovae Elemente

vor 4.6 Gyr:Sonnensystem

:

12-46