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Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am 14.01.2005: Kosmologie: Beobachtungsbefunde (bei optischen Wellenlängen, d.h. im Sichtbaren) a) Wert der Hubble-Konstanten.

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1 Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am : Kosmologie: Beobachtungsbefunde (bei optischen Wellenlängen, d.h. im Sichtbaren) a) Wert der Hubble-Konstanten aus -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) Günter Wunner Institut für Theoretische Physik Universität Stuttgart In welchem Universum leben wir? Gehalten von Dirk Meyer in Vertretung für:

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

3 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 1923 Konzept eines Weltraum-Teleskops Hermann Oberth spekuliert als Erster über die Möglichkeit von Teleskopen in der Erdumlaufbahn Problem erdgebundener Teleskope: Auflösung durch Turbulenz der Erdatmosphäre auf 0,5 - 1 Bogensekunden beschränkt

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 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 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 2004 Das Aus für Hubble 16. Januar: Absage aller weiteren Service-Missionen in der Folge des Columbia-Unglücks am Service Mission 3 (SM3b) 1. März: Start Space Shuttle Columbia, Installation von ACS (Advanced Camera for Surveys) Ersatz von Sonnenzellen

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

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

10 3 Millionen Lichtjahre

11 60 Millionen Lichtjahre

12 M100, 56 Millionen Lj.

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

14 Das Hubble-Teleskop entscheidet die jahrzehntelange Debatte über den korrekten Wert der Hubble-Konstanten H o = 70 km/s/Mpc mit CMB-Beobachtungen: H o = 71 km/s/Mpc 1/H o ~ 14 Milliarden Jahre

15 Die kosmologischen Parameter

16 Das kosmologische Dreieck q

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

18 Supernova Typ Ia: Weißer Zwerg nahe Chandrasekhar-Grenzmasse sammelt Gas von Begleiter, Masse überkritisch: explosive thermonukleare Zündung von C, Weißer Zwerg explodiert Supernova Typ Ia als Standardkerzen zur Bestimmung der Entfernung 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 Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen Brighter is broader

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

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35 q Das kosmologische Dreieck: Beobachtung 0,7 m 0,3 q 0

36 In welchem Universum leben wir also?

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


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