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Neutrinos und die kosmologische Strukturbildung Neutrinoseminar SS2005 Neutrinos und die kosmologische Strukturbildung Copyright, 1996 © Dale Carnegie.

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Präsentation zum Thema: "Neutrinos und die kosmologische Strukturbildung Neutrinoseminar SS2005 Neutrinos und die kosmologische Strukturbildung Copyright, 1996 © Dale Carnegie."—  Präsentation transkript:

1 Neutrinos und die kosmologische Strukturbildung Neutrinoseminar SS2005 Neutrinos und die kosmologische Strukturbildung Copyright, 1996 © Dale Carnegie & Associates, Inc. Marc Ziegler

2 Übersicht zGrundlagen der Strukturbildung zEinfluss der Neutrinos zMessmethoden (WMAP, SDSS, 2dFGRS) zErgebnisse zZusammenfassung und Ausblick zSchlusswort

3 Grundlagen der Strukturbildung In Kugelkoordinaten folgt für die Lösung Beschreibung der Raum-Zeit-Metrik durch Gravitationspotential erfüllt im zeitunabhängigen Fall Poisson-Gleichung Horizontskala Beliebige Skala Muß im quasistationären Zustand konstant sein!

4 Muß nach Barrow (1988) konstant sein, da: Exponentielle Expansion invariant unter Translation der Zeit, d.h. Expansionsrate, Vakuumdichte und Horizontgröße sind konstant. (Peebles-Harisson-Zeldovic-Spektrum) Hier kommt PHZ-Spektrum Skaleninvariantes Spektrum auf dem Horizont:

5 Jeans-Masse und Gravitationskollaps Primordiale Dichtefluktuationen in Anisotropie der CMBR sind Saatkörner für heutige Strukturen Anfänglich kein Gasdruck: Wolke kollabiert aufgrund der Gravitation innerhalb der Frei-Fall-Zeit potentielle Energie sinkt, kinetische Energie der Gasteilchen steigt (und damit der Druck) Dissoziation und Ionisation weiterhin Kontraktion Für weiteren Kollaps muss gelten: Hieraus erhält man

6 Einsetzen der Strukturbildung nach Jeans Betrachte homogene Wolke mit Durchmesser L dann gibt es 2 Fälle: Auftretende Störungen breiten sich als Schallwelle aus und somit erfolgt kein Kollaps der Wolke Fluktuationen zu größerer Dichte führen zum Kollaps Für 2.) folgt aus hydrodynamischen Betrachtungen (Jeans-Länge) bzw. (Jeans-Masse)

7 Das Jeans-Kriterium Hier kommt Bild von James Jeans Sir James Hopwood Jeans ( ), englischer Mathematiker, Physiker, Astronom.

8 Entwicklung von Fluktuationen während und nach der Strahlungsära Strahlungsära: Für Horizontgröße gilt ebenfalls Zeitliche Entwicklung von Nach Rekombination gilt Schallgeschwindigkeit durch Baryonen bestimmt: Abfall um Faktor rapider Abfall der Jeans-Masse

9 Hier kommt Abhängigkeit der Jeans-Masse und der Horizontmasse von der Temperatur des Universums Abhängigkeit der Jeans- Masse und der Masse innerhalb des Horizonts von der Temperatur des Universums. Anwachsen der Dichtefluktuationen erst nach Rekombination möglich Dunkle Materie nötig Vor allem CDM: keine Thomsonstreuung, dominiert früher über Strahlungsenergiedichte Gravitationskollaps effektiver (keine Dämpfung) sowie früheres Einsetzen des Kollapses

10 Einfluss der Neutrinos Hier kommt irgendwo Bild: Dichtefluktuationen über Skalengröße Neutrinos sind Hot Dark Matter (HDM): leichte Teilchen schnell und heiß HDM vergrößert Auswaschen der kleinen und mittleren Skalen Modelle und Beobachtungen: davon max. 15% HDM

11 Messmethoden Power-Spektrum der Dichtefluktuationen aus: weak gravitational lensing: Rückschluss auf Materieverteilung durch Gravitationslinseneffekt galaxy redshift survey: 3 dimensionale Kartierung der sichtbaren Materie, z.B. SDSS (Sloan Digital Sky Survey) und 2dFGRS clusters: auf kleinen Skalen liefert Häufigkeit von Galaxienhaufen zu verschiedenen Zeiten Informationen über Power-Spektrum Lyman-Alpha-Wald: System von Ly- -Absorptionslinien auf kurzwelliger Seite der rotverschobenen Ly- -Emissionsline (Ursache: Wasserstoffwolken) CMBR: z.B. COBE, WMAP

12 Dichtefluktuationen vs. Skalenhöhe Hier Plot Density fluctuations vs. Scale

13 Galaxy Redshift surveys 2.5 m Teleskop des SDSS auf dem Apache Point Observatorium (New Mexiko) zur Aufnahme von Galaxien- und Quasarspektren mit CCD-Array SDSS (Sloan Digital Sky Survey) SDSS läuft bis Ende 2005, möglicherweise 2007 Beobachtung von 1/4 des Himmels geplant ca. 1 Mio. Spektren Beobachtung in 5 Frequenz- bändern

14 2dFGRS (2 degree Field Galaxy Redshift Survey)

15 Rotverschiebungsmessung für Spektren von Quasaren und Galaxien ( ) erfolgt mittels Fiberglas Spektrum eines Quasars bei

16 Berechnung der Rotverschiebung aus Spektren Plot: Entfernung - Position am Himmel Liefert Ergebnisse Redshift Surveys

17 CMBR WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) Satellit in Lagrange-Punkt L2 Untersuchung der CMBR mit Winkelauflösung bei Empfindlichkeit Messung in 5 Frequenzbändern ermöglicht herausrechnen von galaktischen Emissionseinflüssen von

18 Folgen für die Neutrinomassen Kombination der WMAP-, 2dFGRS- und SDSS-Daten schränkt die Neutrino- massen auf ein. Hier kommt Ergebnis aus WMAP und SDSS: Eingrenzung der Neutrinomasse Hinzufügen der Ergebnisse aus Neutrino-Oszillationen schränkt Neutrinomassen weiter ein Hier kommt absolute Masses of Neutrinos

19 Zusammenfassung und Ausblick redshift-surveys fordern SDSS und Planck verringern Fehler auf Dunkle Materie ist zur Erklärung der kosmologischen Strukturbildung erforderlich (Zeitskala d. Strukturbildung) Echte Verbindung zwischen Teilchenphysik und Kosmologie WMAP + 2dGFRS +... fordert

20 Schlusswort von Friedrich Schiller An die Mystiker Das ist eben das wahre Geheimnis das Allen vor Augen liegt, euch ewig umgibt, aber von Keinem gesehen. Hier kommt Bild von Friedrich Schiller


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