Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel Dunkle Energie –

Präsentation zum Thema: "Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel Dunkle Energie –"—  Präsentation transkript:

1 Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel Dunkle Energie –
Ein kosmisches Raetsel

2 Dunkle Energie – ein kosmisches Rätsel
C.Wetterich A.Hebecker,M.Doran,M.Lilley,J.Schwindt, C.Müller,G.Schäfer,E.Thommes, R.Caldwell

3 Woraus besteht unser Universum ?

4 Quintessenz ! Feuer , Luft, Wasser, Erde !

5 Kritische Dichte ρc =3 H² M² Kritische Energiedichte des Universums
( M : reduzierte Planck-Masse , H : Hubble Parameter ) Ωb=ρb/ρc Anteil der Baryonen an der (kritischen) Energiedichte

6 Zusammensetzung des Universums
Ωb = 0.045 Ωdm= 0.225 Ωh = 0.73

7 Baryonen Staub Ωb=0.045 Nur 5 Prozent unseres Universums SDSS
bestehen aus bekannter Materie ! SDSS ~60,000 von >300,000 Galaxien

8 Abell 2255 Cluster ~300 Mpc

9

10 Ωb=0.045 Von Nukleosynthese, Kosmischer Hintergrundstrahlung

11 Dunkle Materie Ωm = 0.27 “Materie” insgesamt
Die meiste Materie ist dunkel ! Bisher nur durch Gravitation spürbar Alles was klumpt! Gravitationspotential Bahnen und Geschwindigkeiten von Sternen und Galaxien erlauben Messung des Gravitationspotentials und damit der lokalen Materie

12 Gravitationslinsen Gravitationslinse,HST

13 NOT LENSED (randomly aligned)
N Galaxies Shear estimate Averaged shape NOT LENSED (randomly aligned) LENSED Waerbeke

14 Kosmologischer schwacher
Gravitationslinseneffekt 1deg Waerbeke

15 Bereiche für Wm, Wh von WMAPext, SNIa und Cosmic Shear
Waerbeke

16 Räumlich flaches Universum
Ωtot = 1 Theorie (Inflationäres Universum ) Ωtot =1.0000……….x Beobachtung ( WMAP ) Ωtot =1.02 (0.02)

17 Foto des Urknalls

18 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
A partnership between NASA/GSFC and Princeton Science Team: NASA/GSFC Chuck Bennett (PI) Michael Greason Bob Hill Gary Hinshaw Al Kogut Michele Limon Nils Odegard Janet Weiland Ed Wollack Brown Greg Tucker UCLA Ned Wright Princeton Chris Barnes Norm Jarosik Eiichiro Komatsu Michael Nolta UBC Mark Halpern Chicago Stephan Meyer Lyman Page Hiranya Peiris David Spergel Licia Verde

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20 W 94 GHz Dipole Removed

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22 Anisotropien des CMB Winkel Amplitude der Fluktuationen
WMAP Angular Power Spectrum Anisotropien des CMB Winkel Amplitude der Fluktuationen

23 Mittelwerte Ωtot =1.02 Ωm =0.27 Ωb =0.045 Ωdm =0.225

24 Ωtot=1

25 Dunkle Energie Ωm + X = 1 Ωm : 30% Ωh : 70% Dunkle Energie
h : homogen , oft auch ΩΛ statt Ωh

26 Dunkle Energie : homogen verteilt

27 Dunkle Energie : Vorhersage: Die Expansion des Universums beschleunigt sich heute !

28 Supernova Ia Hubble-Diagramm
Rotverschiebung z Filippenko

29 Supernovae : Ωm<1 Filippenko

30 Strukturbildung Aus winzigen Anisotropien wachsen die Strukturen des Universums Sterne , Galaxien, Galaxienhaufen Ein primordiales Fluktuationsspektrum beschreibt alle Korrelatonsfunktionen !

31 Strukturbildung : Fluktuationsspektrum
CMB passt mit Galaxienverteilung Lyman – α und Gravitationslinsen- Effekt ! Waerbeke

32 Konsistentes kosmologisches Modell !

33 Zusammensetzung des Universums
Ωb = sichtbar klumpt Ωdm= unsichtbar klumpt Ωh = unsichtbar homogen

34 Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel Dunkle Energie –
Ein kosmisches Raetsel

35 Was ist die dunkle Energie ?
Kosmologische Konstante oder Quintessenz ?

36 Kosmologische Konstante
Konstante λ verträglich mit allen Symmetrien Zeitlich konstanter Beitrag zur Energiedichte Warum so klein ? λ/M4 = Warum gerade heute wichtig?

37 Kosm. Konst. | Quintessenz
statisch | dynamisch

38 Quintessenz Dynamische dunkle Energie , vermittelt durch Skalarfeld
(Kosmon)

39 Kosmon Skalarfeld ändert seinen Wert auch in der heutigen kosmologischen Entwicklung Potenzielle und kinetische Energie des Kosmons tragen zur Energiedichte des Universums bei Zeitabhängige dunkle Energie : ρh(t) fällt mit der Zeit !

40 Kosmon Winzige Masse mc ~ H Neue langreichweitige Wechselwirkung

41 “Fundamentale” Wechselwirkungen
Starke,elektromagnetische,schwache Wechselwirkung Auf astronomischen Skalen: Graviton + Kosmon Gravitation Kosmodynamik

42 Evolution des Kosmonfelds
Feldgleichung Potenzial V(φ) bestimmt Details des Modells z.B. V(φ) =M4 exp( - φ/M ) Für wachsendes φ fällt Potenzial gegen Null

43 Kosmologische Gleichungen

44 Kosmische Attraktorlösung
Lösung unabhängig von Anfangsbedingungen typisch V~t -2 φ ~ ln ( t ) Ωh ~ const. Details hängen von V(φ) ab Frühe Kosmologie

45 Zustandsgleichung p=T-V Druck kinetische Energie ρ=T+V Energiedichte
Hängt von spezifischer Evolution des Skalarfelds ab

46 Negativer Druck w < 0 Ωh wächst
w < -1/ Expansion des Universums ist beschleunigt w = Kosmologische Konstante

47 Quintessenz wird heute wichtig

48 Wie kann man Quintessenz von kosmologischer Konstanten unterscheiden ?

49 Zeitabhängigkeit der dunklen Energie
Kosmologische Konstante : Ωh ~ t² ~ (1+z)-3 M.Doran,…

50 Frühe dunkle Energie Ein paar Prozent im frühen Universum
Nicht möglich für kosmologische Konstante

51 Frühe Quintessenz verlangsamt das Wachstum der Strukturen

52 Fluktuationsspektrum
Caldwell,Doran,Müller,Schäfer,…

53 Anisotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung
Caldwell,Doran,Müller,Schäfer,…

54 Wie unterscheidet man Q von Λ ?
A) Messung Ωh(z) H(z) i) Ωh(z) zur Zeit der Strukturbildung , CMB - Emission oder Nukleosynthese ii) Zustandsgleichung wh(heute) > -1 B) Zeitvariation der fundamentalen “Konstanten”

55 Sind fundamentale “Konstanten” zeitabhängig ?
Feinstrukturkonstante α (elektrische Ladung) Verhältnis Nukleonmasse zu Planckmasse

56 Quintessenz und Zeitabhängigkeit der “fundamentalen Konstanten”
Feinstrukturkonstante hängt vom Wert des Kosmon Felds ab: α(φ) Zeitentwicklung von φ Zeitentwicklung von α Beobachtung (molekulare Absorptionslinien im Licht von Quasaren ) z=2-3 : Δα/α = ! Webb et al

57 Variation der Feinstrukturkonstanten als Funktion der Rotverschiebung
Webb et al

58 Crossover Quintessenz und Zeitvariation fundamentaler “Konstanten”
Obergrenzen für relativeVariation der Feinstrukturkonstanten Oklo natürlicher Reaktor < z=0.13 Meteoriten ( Re-Zerfall ) < z=0.45 Crossover Quintessenz verträglich mit QSO und Obergrenzen !

59 Zeitvariation der Kopplungskonstanten
ist winzig – wäre aber von grosser Bedeutung ! Mögliches Signal für Quintessenz

60 Παντα ρει

61 Kosmodynamik Kosmon vermittelt neue langreichweitige Wechselwirkung
Reichweite : Grösse des Universums – Horizont Stärke : schwächer als Gravitation Photon Elektrodynamik Graviton Gravitation Kosmon Kosmodynamik Kleine Korrekturen zum Gravitationsgesetz

62 Verletzung des Äquivalenzprinzips
Verschiedene Kopplung des Kosmons an Proton und Neutron Differentielle Beschleunigung Verletzung des Äquivalenzprinzips p,n Erde Kosmon p,n

63 Differentielle Beschleunigung η
Für vereinheitlichte Theorien ( GUT ) : Q : Zeitabhängigkeit anderer Parameter

64 Verknüpfung zwischen Zeitabhängigkeit von α
und Verletzung des Äquivalenzprinzips typisch : η = 10-14

65 Zusammenfassung Ωh = 0.7 Q/Λ : dynamische und statische
dunkle Energie unterscheidbar Q : zeitlich veränderliche “fundamentale Kopplungen” , Verletzung des Äquivalenzprinzips

66 ???????????????????????? Warum wird Quintessenz gerade in der heutigen kosmologischen Epoche wichtig ? Haben dunkle Energie und dunkle Materie etwas miteinander zu tun ? Kann Quintessenz in einer fundamentalen vereinheitlichten Theorie erklärt werden ?