Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Evidenz für dunkler Materie Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik Christian Pabst.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Evidenz für dunkler Materie Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik Christian Pabst."—  Präsentation transkript:

1 Evidenz für dunkler Materie Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik Christian Pabst

2 Inhaltsverzeichnis 1. Phänomene Rotationskurven von Spiralgalaxien Bewegung in Galaxiehaufen Heißes Gas in Galaxie Clustern Effekte durch Gravitationslinsen CMB 2. Erklärung der DM Baryonische Materie (MACHO) Heiße Dunkle Materie (HDM) Neutrinos Kalte Dunkle Materie (CDM) WIMPs (LSP, primordiale BH) Axionen MOND (Modified Newton Dynamics) 3. Zusammenfassung

3 Rotationskurven von Spiralgalaxien Fehlende Masse Aus Stabilität der Planetenbahnen Aus Messungen v(r) = konst.

4 Rotationskurven von Spiralgalaxien => Halo mit HALO HALO ca. 90% der Galaxie

5 Galaxienhaufen Bewegung in Galaxienhaufen Virialsatz  10 mal mehr Masse als sichtbar

6 Röntgenstrahlung von Gasen Der Galaxienhaufen Abell 3528 Röntgenstrahlung durch heißes Gas schnelle Gasteilchen Massenbestimmung des Galaxienhaufen weil Gas an Galaxienhaufen gebunden M > M VIS

7 Gravitationslinsen Verzerrung durch Galaxienhaufen Abell 2218 Massereiche Objekte führen zur Krümmung des Raums (allg. Relativitätstheorie) Die aus der Krümmung errechnete Masse M > M VIS

8 CMB COBE Fluktuationen durch Dichteschwankungen, Gravitationswellen Planck-Spektrum bester fit mit ΛCDM: Ω 0 = 0,99±0,12, Ω m = 0.3, Ω Λ = 0,7

9 Baryonische Materie Aus Nukleosynthese Dunkle Materie in HALOS Aufnahme von D/H Radiowellen von einem Quasar (für H 0 = 50 km s -1 Mpc -1 ) (für H 0 = 70 km s -1 Mpc -1 ) Sichtbare Masse

10 Zusammensetzung der Galaxie bzw. Universum H(t) = Hubbel Konstante

11 MACHOs M Zwerge 0,08 M S Gasmasse die IR strahlt zu wenig Strahlung gemessen kein Kandidat für DM

12 MACHOs Weiße Zwerge 0,5 – 1,2 M S zu wenig Zeit für Entwicklung  kein Kandidat für DM Planetarischer Nebel NGC 2440 im Sternbild Puppis

13 MACHOs Neutronensterne Schwarze Löcher 1,4 M S 10 9 M S Anzahl der schweren Elemente begrenzt die Anzahl der NS und BH  Kein Kandidaten für DM Der Pulsar im Krebsnebel (Pfeil). Er rotiert 30 mal pro Sekunde. Dieses Bild der Galaxie Pictoris A zeigt den Jet eines Schwarzen Loches 'in Echt'. Das Bild oben wurde im Bereich der Röntgenstrahlung vom Chandra X-ray Weltraum-Observatorium der NASA erstellt. Oben rechts trifft der Jet auf eine Gaswolke, die er zum Leuchten anregt.

14 MACHOs Braune Zwerge >0,08 M S rel. hohe Dichte und wenig IR 20% von Halo mit –12% - 30% Fehler Begleiter des hellen Sterns Epsilon Indi im Sternbild Indus (Indianer)  Kandidat für DM

15 MACHOs Planten + Kometen Masseanteil zur Sonne zu gering  Kein Kandidat für DM Jupiter Kometen Hale-Bopp

16 Heiße Dunkle Materie (HDM) Neutrinos lange heißer Kandidat für DM Abschätzung Neutrinomasse Weiter Einschränkung durch Galaxiebildung Mit Neutrinos als Fermi-Gas bei T = 0K mit

17 Heiße Dunkle Materie (HDM) Neutrino - Oszillationen Neutrino-Absorption Wenn leicht Neutrinos den gal. HALO anfüllen, dann scharfe Absorptionslinien für höchstenergetische Neutrinos Hadronen und Leptonen m νe < 1eV Exp. Bestimmung der Neutinomasse (Tritium-ß-Zerfall) Argumente gegen Neutrinos

18 Heiße Dunkle Materie (HDM) Entstehung des Universums „top-down“-Szenario Bildung von Strukturen durch Quantenfluktuation krit. Masse für Bildung von Strukturen bei Sonnenmassen mit Neutrinos (m = 20eV)  Größe von Superhaufen nötig  Erst Superhaufen dann Galaxien „top-down“-Szenario  Aus Messung, darum Neutrinos kein Kanditat für DM  „bottom-up“-Szenario favorisiert  CDM Durch CMB-Messung (COBE) bestätigt

19 Supersymmetrie Hierarchie Problem: wieso ist M W \M P ≈ Natürlichkeitsproblem m 2 H = m 2 H;0 +O(Λ 2 ) Probleme des SM: Lösungsansätze: GUT, SUSY, String-Theorie, usw. nackte Masse Selbstenergie

20 Supersymmetrie Higgs Boson Eich Boson Einführung von Loop Korrekturen

21 Supersymmetrie Die SUSY Algebra enthält P μ, Raum-Zeit Translationen. Aus der Eichinvarianz unter dieser Transformation folgt die Einsteinsche Theorie der Gravitation. (SUGRA) SUSY-Algebra |A > wird durch supersymmetrische Transformationen in |B > überführt Superpartner haben die gleiche Masse Superpartner haben dieselben Eichquantenzahlen (Ladung, schwacher Isospin, Farbe, Masse) Repräsentanten der SUSY sind Supermultipletts

22 Supersymmetrie MSSM  minimale Anzahl neuer Teilchen und WW

23 R-Parität Particles (SM) = 1,Sparticles(SUSY) = -1 Keine Mischung zwischen P R = 1 und P R = -1 Teilchen Supersymmetrische Teilchen können nur paarweise erzeugt werden Jeder Wechselwirkungsvertex muss eine gerade Anzahl (normal 0 oder 2) P R =-1 Sparticles haben. Ein schweres supersymmetrisches Teilchen kann in Leichtere zerfallen Das leichteste Sparticle (LSP) muß stabil sein Jedes Sparticle außer das leichteste zerfällt in einen Zustand mit einer ungeraden Anzahl LSP (normal 1) Supersymmetrische Teilchen sollte man daran erkennen können, dass viel Energie fehlt, die vom LSP weggetragen wird.

24 LSP Neutralino:Die n eutralen fermionischen Partner der neutralen Eichbosonen W *0 und B *0 mischen mit den neutralen fermionischen Partnern vom Higgs-Boson H *0 1;2. Die vier Neutralinos (χ *0 i ) sind Eigenzustände der Diagonalisierten Massenmatrix

25 LSP Es gilt: M χ 1

26 primordiale schwarze Löcher wäre guter Kandidat für CDM schweres WIMPs  m = g oder m S r = m ρ = g/cm 3 Entstehung: spontanen Symmetriebrechungen eines Skalarfeldes im Frühphase des Universums kollabierte Gravitationswellen, die super-kritischen Brill- Wellen Zerfall: Quanteneffekte  Löcher würden schnell zerstrahlen (Hawking-Strahlung) Akkretion durch Mini–Löchern (pri. BH)  Saatkörner für Galaxien (spekulativ)

27 Axionen CP Verletzung bei K 0 -Zerfall QCD existieren Terme,in der starken WW, die CP verletzend sind Fürs Neutron:elekt. Dipolmoment = magnetische Dipolmoment (starkes CP-Problem) Erklärung: zusätzlich Felde und Symmetrien (Peccei Quinn Symmetrie U PQ (1) ), die bei einer Skala f a spontan gebrochen wird  Pseudo-Goldstone Boson  Axions Zwei Photonen Kopplung (ähnlich π 0 ) Kopplungen des Axions sind proportional zu 1/f a, sehr schwach A γ γ A γ Feld

28 Axionen Problem: noch nicht nachgewiesen Masse der Axione über Zerfallskonstante f a,Vakuumserwartungswert eines Higgsfeldes, bestimmt. Man kann sich folgende Grenzen für die Masse der Axionen überlegen: Bei m ≈ 1 keV würde die Sonne durch Emission von Axionen zu viel Energie verlieren und zu schnell abkühlen. Bei m > eV könnte das Heliumbrennen in roten Riesen nicht einsetzen. Aus der Breite des Neutrinopulses der Supernova SN 1987A ergibt sich eine m < eV Damit die Axionendichte der kritischen Dichte des Universums entspricht, m ≈ eV ρ = Teilchen pro cm³ eV < m A < eV

29 MOND Modified Newton Dynamics

30 Zusammenfassung Universum besteht aus: Galaxie besteht aus: Aussichtreichster Kandidat für DM LSP B Zwerge


Herunterladen ppt "Evidenz für dunkler Materie Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik Christian Pabst."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen