Kosmologie: Beobachtungsbefunde

Präsentation zum Thema: "Kosmologie: Beobachtungsbefunde"—  Präsentation transkript:

1 Kosmologie: Beobachtungsbefunde
Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am : Kosmologie: Beobachtungsbefunde (bei optischen Wellenlängen, d.h. im Sichtbaren) a) Wert der Hubble-Konstanten aus d -Cepheiden-Beobachtungen in benachbarten Galaxien (bis z ~ 0,006, d.h. ~ 25 Mpc) b) Werte der kosmologischen Parameter aus Beobachtungen von Typ Ia Supernovae in weit entfernten Galaxien (bis z = 1,7) In welchem Universum leben wir? Günter Wunner Institut für Theoretische Physik Universität Stuttgart Gehalten von Dirk Meyer in Vertretung für:

2 ... Die Anfänge der Teleskopie
1608 Erste schriftliche Erwähnung eines Fernrohrs 2. Oktober: Augenglasmacher Lippershey bietet formell Holland seine Erfindung „kijker“ zur Verwendung bei der Kriegsführung an (Typ: Opernglas) 1610 Erste astronomische Anwendung 7. Januar bis 2. März: Galileo beobachtet Mond, Milchstraße, Sonnenflecken, entdeckt Jupitermonde, „ Sidereus Nuntius“ 1611 Keplersches Fernrohr Klassischer Refraktor, große Baulänge, Scheiner 1613 1704 Reflektor System Newton Sir Isaac Newton veröffentlicht erstmals das Konzept eines Spiegelteleskops, erste Idee bereits 1668 ...

3 Das Hooker-Teleskop und Edwin Hubble
1918 Das Hooker-Teleskop und Edwin Hubble 2,5-m-Teleskop wird am Mt. Wilson Observatorium in Pasadena in Betrieb genommen Hubble misst in den 1920-igern Geschwindigkeiten v (spektrale Rotverschiebung) und Entfernungen d (Helligkeiten) von Galaxien, legt Grundstein für das Konzept eines expandierenden Universums Problem erdgebundener Teleskope: Auflösung durch Turbulenz der Erdatmosphäre auf 0,5 - 1 Bogensekunden beschränkt 1923 Konzept eines Weltraum-Teleskops Hermann Oberth spekuliert als Erster über die Möglichkeit von Teleskopen in der Erdumlaufbahn

4 Meilenstein der optischen Astronomie: Das Hubble-Weltraum-Teleskop:
Unser Auge im All Seit 1993 liefert das Hubble-Teleskop atemberaubende Bilder aus dem Universum und revolutioniert das wissenschaftliche Weltbild.

5 Kongress bewilligt die Mittel zum Bau des Weltraum-Teleskops
1977 Kongress bewilligt die Mittel zum Bau des Weltraum-Teleskops Benennung zu Ehren von Edwin Hubble 1990 Hubble Weltraum-Teleskop im All 24. April: Start mit Space Shuttle Discovery 25. April: in der Umlaufbahn ausgesetzt 25. Juni: Sphärische Aberration in Hubbles Primärspiegel entdeckt Beschluss des Baus einer komplizierten Korrekturoptik für Hubble aus 5 optischen Spiegelpaaren 1993 Service Mission 1 (SM1) 2. Dezember: Start Space Shuttle Endeavour, Installation der Korrekturoptik Ersatz von WFPC durch WFPC2

6 Service Mission 2 (SM2) Service Mission 3 (SM3a)
1997 Service Mission 2 (SM2) 11. Februar: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz von GHRS durch NICMOS 1999 Service Mission 3 (SM3a) 19. November: Safe Mode nach Ausfall des 4. Gyroskops 19. Dezember: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz der Gyroskop-Sensor-Einheit Installation neuer Computer, Hauptkundendienst 2002 Service Mission 3 (SM3b) 1. März: Start Space Shuttle Columbia, Installation von ACS (Advanced Camera for Surveys) Ersatz von Sonnenzellen 2004 Das Aus für Hubble 16. Januar: Absage aller weiteren Service-Missionen in der Folge des Columbia-Unglücks am

7 Das Hubble-Weltraum-Teleskop
Länge: 13 m Durchmesser: 4 m Masse: 11 Tonnen Energiebedarf: 2,8 kW Hauptspiegel: 2,4 m Sekundärspiegel: 0,3 m Auflösung: 1/20 ‘‘ Grenzhelligkeiten: 30 m Drei Kameras Diverse Spektrometer Frequenzbereich: Ultraviolett - Infrarot l = nm

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9 Von der Erde Vom Hubble-Teleskop Supernova 1994D (Typ Ia) in NGC 4526 , 60 Millionen Lichtjahre

10 3 Millionen Lichtjahre

11 60 Millionen Lichtjahre

12 M100, 56 Millionen Lj.

13 d - Cepheiden Pulsationsveränderliche als Entfernungsindikatoren
Perioden-Leuchtkraft-Beziehung: M V= a log (P/1 d) + b (a = - 3m , b = - 1m) (aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005) Messung: P ( M V) und m V, Entfernungsmodul M V - m V

14 Das Hubble-Teleskop entscheidet die jahrzehntelange
Debatte über den korrekten Wert der Hubble-Konstanten Ho = km/s/Mpc +7 -7 mit CMB-Beobachtungen: Ho = km/s/Mpc +4 -3 1/Ho ~ 14 Milliarden Jahre

15 Die kosmologischen Parameter

16 Das kosmologische Dreieck
q

17 Kosmologie: Beobachtung
Supernova Cosmology Project Perlmutter et al., Berkeley 1998 Science Breakthrough of the Year Garnavich, Riess, Schmidt et al. High-z Supernova Search Team

18 Supernova Typ Ia als Standardkerzen zur Bestimmung der Entfernung
Weißer Zwerg nahe Chandrasekhar-Grenzmasse sammelt Gas von Begleiter, Masse überkritisch: explosive thermonukleare Zündung von C, Weißer Zwerg explodiert identische Ursache identische Wirkung: identische absolute Maximums-Helligkeit identisches zeitliches Abklingverhalten Vorteil des Hubble-Teleskops: Auflösung von SN- Explosionen auch in größter Entfernung (z ~ 1 und z > 1)

19 8 Milliarden Jahre

20 Ia 5 und 7 Mrd. Jahre

21 7 Milliarden Jahre

22 Eichung kosmischer Standardkerzen
Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen „Brighter is broader“

23 Eichung kosmischer Standardkerzen
Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen Formel:

24 SN 1997 ff:

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27 SN 1997ff, 10 Milliarden Jahre

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29 8 Milliarden Jahre

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33 (aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005)
(1) W m= 5, WL = 0, positiv gekrümmt (2) W m= 1, WL = 0, flach (SCDM) (3) W m= 0, WL = 0, negativ gekrümmt (4) W m= 0.3, WL = 0.7, flach (ΛCDM) (jeweils heutige Werte)

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35 Das kosmologische Dreieck: Beobachtung
q WL ~ 0,7 Wm ~ 0,3 Wq ~ 0

36 In welchem Universum leben wir also?

37 Kosmische 2,7 Kelvin Mikrowellen-Hintergrundstrahlung
Warum Wq = 0, flacher Raum ? Kosmische 2,7 Kelvin Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (bei z1000!)