Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

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

Kopien: 2
Dunkle Energie – Ein kosmisches Raetsel Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel.

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

Ähnliche Präsentationen


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

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

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 Feuer, Luft, Wasser, Erde ! Quintessenz !

5 Expansion des Universums Alle Längenskalen im Universum sind proportional zu kosmischem Skalenfaktor a(t) Alle Längenskalen im Universum sind proportional zu kosmischem Skalenfaktor a(t) Hubble parameter H(t) misst "Expansionsgeschwindigkeit des Universums Hubble parameter H(t) misst "Expansionsgeschwindigkeit des Universums Definition: Definition:

6 Kritische Dichte ρ c =3 H² M² ρ c =3 H² M² Kritische Energiedichte des Universums Kritische Energiedichte des Universums ( M : reduzierte Planck-Masse, M -2 =8 π G ; ( M : reduzierte Planck-Masse, M -2 =8 π G ; H : Hubble Parameter ) H : Hubble Parameter ) Ω b =ρ b /ρ c Ω b =ρ b /ρ c Anteil der Baryonen an der (kritischen) Energiedichte Anteil der Baryonen an der (kritischen) Energiedichte

7 Zusammensetzung des Universums Ω b = Ω b = Ω dm = Ω dm = Ω h = 0.73 Ω h = 0.73

8 ~60,000 von >300,000 Galaxien Baryonen Staub Staub Ω b =0.045 Ω b =0.045 Nur 5 Prozent unseres Universums Nur 5 Prozent unseres Universums bestehen aus bekannter Materie ! bestehen aus bekannter Materie ! SDSS

9 Abell 2255 Cluster ~300 Mpc

10

11 Ω b =0.045 Von Nukleosynthese, Kosmischer Hintergrundstrahlung

12 Dunkle Materie Ω m = 0.27 Materie insgesamt Ω m = 0.27 Materie insgesamt Die meiste Materie ist dunkel ! Die meiste Materie ist dunkel ! Bisher nur durch Gravitation spürbar Bisher nur durch Gravitation spürbar Alles was klumpt! Gravitationspotential Alles was klumpt! Gravitationspotential

13 Gravitationslinse,HST

14 Dunkle + baryonische Materie : Alles was klumpt !

15 Räumlich flaches Universum Theorie (Inflationäres Universum ) Theorie (Inflationäres Universum ) Ω tot =1.0000……….x Ω tot =1.0000……….x Beobachtung ( WMAP ) Beobachtung ( WMAP ) Ω tot =1.02 (0.02) Ω tot =1.02 (0.02) Ω tot = 1

16 Foto des Urknalls

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

18 Mittelwerte Ω tot =1.02 Ω m =0.27 Ω b =0.045 Ω dm =0.225

19 Ω tot =1

20 Dunkle Energie Ω m + X = 1 Ω m + X = 1 Ω m : 30% Ω m : 30% Ω h : 70% Dunkle Energie Ω h : 70% Dunkle Energie h : homogen, oft auch Ω Λ statt Ω h

21 Dunkle Energie : homogen verteilt

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

23 Zeit Perlmutter 2003 Abstand

24 Supernova Ia Hubble-Diagramm Riess et al Rotverschiebung z

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

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

27 Konsistentes kosmologisches Modell !

28 Zusammensetzung des Universums Ω b = sichtbar klumpt Ω b = sichtbar klumpt Ω dm = unsichtbar klumpt Ω dm = unsichtbar klumpt Ω h = 0.73 unsichtbar homogen Ω h = 0.73 unsichtbar homogen

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

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

31 Kosmologische Konstante Konstante λ verträglich mit allen Symmetrien Konstante λ verträglich mit allen Symmetrien Zeitlich konstanter Beitrag zur Energiedichte Zeitlich konstanter Beitrag zur Energiedichte Warum so klein ? λ/M 4 = Warum so klein ? λ/M 4 = Warum gerade heute wichtig? Warum gerade heute wichtig?

32 Kosm. Konst. | Quintessenz statisch | dynamisch

33 Kosmologische Massenskalen Energie - Dichte Energie - Dichte ρ ~ ( 2.4×10 -3 eV ) - 4 ρ ~ ( 2.4×10 -3 eV ) - 4 Reduzierte Planck Masse M=2.44×10 18 GeV Newtons Konstante G N =(8πM²) Nur Verhältnisse von Massenskalen sind beobachtbar ! homogene dunkle Energie: ρ h /M 4 = ˉ¹²¹ homogene dunkle Energie: ρ h /M 4 = ˉ¹²¹ Materie: ρ m /M= ˉ¹²¹ Materie: ρ m /M 4 = ˉ¹²¹

34 Zeitentwicklung ρ m /M 4 ~ aˉ ³ ~ ρ m /M 4 ~ aˉ ³ ~ ρ r /M 4 ~ aˉ 4 ~ t -2 ρ r /M 4 ~ aˉ 4 ~ t -2 Strahlungsdominiertes Universum Grosses Alter kleine Grössen Grosses Alter kleine Grössen Gleiche Erklärung für dunkle Energie ? Gleiche Erklärung für dunkle Energie ? tˉ ² Materie dominiertes Universum tˉ 3/2 Strahlungsdominiertes Universum

35 Quintessenz Dynamische dunkle Energie, vermittelt durch Skalarfeld vermittelt durch Skalarfeld (Kosmon) (Kosmon) C.Wetterich,Nucl.Phys.B302(1988) B.Ratra,P.J.E.Peebles,ApJ.Lett.325(1988)L17,

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

37 Kosmon Winzige Masse Winzige Masse m c ~ H m c ~ H Neue langreichweitige Wechselwirkung Neue langreichweitige Wechselwirkung

38 Fundamentale Wechselwirkungen Starke,elektromagnetische,schwache Wechselwirkung GravitationKosmodynamik Auf astronomischen Skalen: Graviton + Kosmon

39 Evolution des Kosmonfelds Feldgleichung Feldgleichung Potenzial V(φ) bestimmt Details des Modells Potenzial V(φ) bestimmt Details des Modells z.B. V(φ) =M 4 exp( - φ/M ) z.B. V(φ) =M 4 exp( - φ/M ) Für wachsendes φ fällt Potenzial gegen Null Für wachsendes φ fällt Potenzial gegen Null

40 Kosmologische Gleichungen

41 Quintessenz wird heute wichtig

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

43 Negativer Druck w < 0 Ω h wächst w < 0 Ω h wächst w < -1/3 Expansion des Universums ist w < -1/3 Expansion des Universums ist beschleunigt beschleunigt w = -1 Kosmologische Konstante w = -1 Kosmologische Konstante

44 Wie kann man Quintessenz von kosmologischer Konstanten unterscheiden ?

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

46

47 Wie unterscheidet man Q von Λ ? A) Messung Ω h (z) H(z) Ω h (z) zur Zeit der Ω h (z) zur Zeit der Strukturbildung, CMB - Emission Strukturbildung, CMB - Emission oder Nukleosynthese oder Nukleosynthese B) Zeitvariation der fundamentalen Konstanten

48 Quintessenz und Zeitabhängigkeit fundamentaler Konstanten C.Wetterich, Nucl.Phys.B302,645(1988)

49 Sind fundamentale Konstanten zeitabhängig ? Feinstrukturkonstante α (elektrische Ladung) Verhältnis Nukleonmasse zu Planckmasse

50 Quintessenz und Zeitabhängigkeit der fundamentalen Konstanten Feinstrukturkonstante hängt vom Wert des Feinstrukturkonstante hängt vom Wert des Kosmon Felds ab: α(φ) Kosmon Felds ab: α(φ) aehnlich Higgsfeld in schwacher Wechselwirkung aehnlich Higgsfeld in schwacher Wechselwirkung Zeitentwicklung von φ Zeitentwicklung von φ Zeitentwicklung von α Zeitentwicklung von α Jordan Jordan

51 A.Coc Primordiale Häufigkeiten der leichten Elemente aus der Nukleosynthese

52 wenn jetzige Messung von 4 He bestätigt: Δα/α ( z=10 10 ) = GUT 1 Δα/α ( z=10 10 ) = GUT 2 C.Mueller,G.Schaefer,…

53 Variation der Feinstrukturkonstanten als Funktion der Rotverschiebung Webb et al Srianand et al

54 Variation der Feinstrukturkonstanten Drei unabhängige Datensätze von Keck/HIRES Drei unabhängige Datensätze von Keck/HIRES Δ α/α = (12) Δ α/α = (12) Murphy,Webb,Flammbaum, june 2003 Murphy,Webb,Flammbaum, june 2003 VLT VLT Δ α/α = (6) Δ α/α = (6) Srianand,Chand,Petitjean,Aracil, feb.2004 Srianand,Chand,Petitjean,Aracil, feb.2004 z 2

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

56 Παντα ρει Kommt der Äther, in Form des Kosmonfelds, wieder zurück? Alles fliesst

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

58 Fünfte Kraft vermittelt durch skalares Feld vermittelt durch skalares Feld Kopplungsstärke schwächer als Gravitation Kopplungsstärke schwächer als Gravitation ( nicht-renormierbare Wechselwirkung ~ M -2 ) ( nicht-renormierbare Wechselwirkung ~ M -2 ) Abhängigkeit von der Zusammensetzung Abhängigkeit von der Zusammensetzung Verletzung des Äquivalenzprinzips Verletzung des Äquivalenzprinzips Quintessenz: führt zu Zeitabhängigkeit der Quintessenz: führt zu Zeitabhängigkeit der fundamentalen Konstanten fundamentalen Konstanten R.Peccei,J.Sola,C.Wetterich,Phys.Lett.B195,183(1987) C.Wetterich, Nucl.Phys.B302,645(1988)

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

60 Verknüpfung zwischen Zeitabhängigkeit von α und Verletzung des Äquivalenzprinzips differentielle Beschleunigung η typisch : η = MICROSCOPE – Satteliten-Mission

61 Zusammenfassung o Ω h = 0.7 o Q/Λ : dynamische und statische dunkle Energie unterscheidbar dunkle Energie unterscheidbar o Q : zeitlich veränderliche fundamentale Kopplungen, fundamentale Kopplungen, Verletzung des Äquivalenzprinzips Verletzung des Äquivalenzprinzips

62 ???????????????????????? 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 ?

63 Ende


Herunterladen ppt "Dunkle Energie – Ein kosmisches Raetsel Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen