Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

1 Die kosmische Hintergrundstrahlung Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "1 Die kosmische Hintergrundstrahlung Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos."—  Präsentation transkript:

1 1 Die kosmische Hintergrundstrahlung Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos

2 2 Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung Frage: gab es den Urknall, oder existiert das Universum schon ewig? Antwort: 1965 – Entdeckung der Hintergrundstrahlung Spektrum: Form eines idealen Schwarzen Körpers: T 0 = 2,725 ± 0,001 K

3 3 Wieviel Energie entspricht der kritischen Dichte? Von Spektrum des Schwarzkörpers auf Energiestrahlungsdichte ε rad ≡ ρ rad c 2 = αT 4 α = 7,565 * 10 –16 J m -3 K –4 Für beobachtete Temperatur T 0 ε rad (T 0 ) = 4,17 * 10 –14 J m -3 Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung

4 4 Kritische Dichte: Ω rad = 2,47 * h -2 Kosmische Hintergrundstrahlung macht kleinen Bruchteil der kritischen Dichte aus Strahlungsdichte – Expansion ρ rad ~ 1 / α 4 Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung

5 5 Entscheidende Gleichung: T ~ 1 / α d.h. das Universum kühlt ab, während es sich ausdehnt Heute ca. 3K → früher viel heißer! Damit ändert sich auch die thermische Verteilung (Schwarzkörper-Verteilung) Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung

6 6 Während der Expansion sinkt die Frequenz: f ~ 1 / α Schwarzkörper-Spektrum bleibt bei T Ende erhalten Spektrum bei Expansion und Abkühlung entspricht thermischen Verteilung mit ständig sinkender Temperatur Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung

7 7 Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl

8 8 Baryonen = Protonen + Neutronen Teilchenzahldichte sinkt umgekehrt proportional zum Volumen Gilt auch für Photonen Photonen + Baryonen → kosm. H.Strahl. Verhältnis #Photonen zu #Baryonen konstant, bleibt mit Expansion erhalten

9 9 Frage: wie viele Photonen pro Baryon? Energie der kosm. Hintergrundstrahlung: ε rad (T 0 ) = 4,17 * 10 –14 J m -3 Typische Energie eines Photons: E mittl ≈ 3 k b * T = 7,05 * 10 –4 eV Teilchendichte der Photonen: n γ = 3,7 * 10 8 m -3 Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl

10 10 Vergleich mit Teilchendichte d. Baryonen Dichteparameter für Baryonen: Ω B ≈ 0,02 h -2 Umrechnen in Energiedichte: ε B ≈ 3,38 * 10 –11 J m –3 Daraus: Teilchendichte d. Baryonen: n B = 0,22 m -3 Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl

11 11 1,7 * 10 9 Photonen pro Baryon Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl

12 12 Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

13 13 Ionisationsenergie des H-Atoms: Energie um ein Elektron zu befreien Universum heiß → Photonen haben diese Energie und können H ionisieren Zurück als das Universum ein Millionstel seiner Größe besaß: K Photonen hoher Energie, keine Atome Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

14 14 Meer aus freien Kernen und Elektronen, ein ionisiertes Plasma Später Abkühlung → Elektronen in Grundzustand → Universum wird durchsichtig Entkopplung Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

15 15 Schätzung der T bei der Entkopplung: Photonenenergie = Ionisationsenergie T ≈ K Methode ungenau weil 10 9 mal mehr Photonen als Elektronen Genauer: Boltzmann-Unterdrückungsfaktor Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

16 16 Annahme: 1 ionisierendes Photon pro Atom, damit Universum ionisiert bleibt Boltzmann-Unterdrückung beschreibt die Energie oberhalb I, die ein Bruchteil der Photonen haben T Entk ≈ K Heute wissen wir: T Entk ≈ K Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

17 17 Vergleich mit heutiger Temperatur → Entkopplung fand statt als das Universum ein Tausendstel seiner heutigen Größe besaß Photonen haben sich seither ununterbrochen fortbewegt → müssen aus enormer Entfernung stammen (Größe des beobachtbaren Universums) Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

18 18 Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

19 19 Anfangstemperatur d. Photonen: 3000 K, und höhere Frequenz Damaliges Alter des Universums: Jahre Auf der Reise kühlen sich die Photonen ab auf 3 K, und die Frequenz wird durch Rotverschiebung in den Mikrowellenbereich verschoben Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

20 20 Präzisere Berechnung von T Entk Fakultativ

21 21 Rekombination: e - + p + → Atom Saha-Gleichungen: Annahme es gibt nur H-Atome Berechnet Verteilung von e - und p + Ionisierungsgrad wird hergeleitet T Entk ≈ K Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

22 22 Danke für Eure Aufmerksamkeit! Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos


Herunterladen ppt "1 Die kosmische Hintergrundstrahlung Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen