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Dunkle Materie – Überall im Weltall Elementare Kräfte Der Urknall und die Expansion des Universums Wie wiegt man das Universum? Sichtbare und unsichtbare.

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Präsentation zum Thema: "Dunkle Materie – Überall im Weltall Elementare Kräfte Der Urknall und die Expansion des Universums Wie wiegt man das Universum? Sichtbare und unsichtbare."—  Präsentation transkript:

1 Dunkle Materie – Überall im Weltall Elementare Kräfte Der Urknall und die Expansion des Universums Wie wiegt man das Universum? Sichtbare und unsichtbare Materie Dunkle Materie und dunkle Energie Illustrationen: J. Bublath-Geheimnisse unseres Universums Wolfgang Cassing

2 Konventionen in der Physik 1 mm = m = m 1 m = m = m 1 nm = m = m 1 fm = m = m 1 km = 1000 m = 10 3 m Länge = Geschwindigkeit x Zeit Lichtsekunde (LS) = km 1 Lichtminute (LM) = 1, km 1 Lichtjahr (LJ) = 9, km Typische Skalen Radius des Protons: 1 fm Radius der Erde: 6, km Durchmesser der Milchstraße : 10 5 LJ = 9, km Lichtgeschwindigkeit c = km/sec = 1, km/h

3 Albert Einstein: E = mc 2 Energie und Masse sind äquivalent! Strahlung und Materie können ineinander umgewandelt werden

4 Aufbau der Materie Siliziumscheibe Nukleon Atomkern Atom Quarks ud Meteorit

5 Wechselwirkungen der Materie Bei sehr kleinen Abständen gibt es nur 1 Wechselwirkung!

6 Astrophysikalische Beobachtungen Satelliten messen die Lichtstärkeverteilung am Himmel und deren Farbe: Frequenz Ausschnitt aus der Milchstraße

7 Geschwindigkeitsmessung Über die Rotverschiebung der Strahlung von Sternen messen wir deren Geschwindigkeit und Ausbreitungsrichtung

8 Die Objekte des Universums Sonne: 8.5 Lichtminuten Eta-Carinae: 8000 Lichtjahre Galaxie M33: 2,7 Mill. LichtjahreGalaxie: 14 Milliarden Lichtjahre

9 Expansion des Universums Die Galaxien bewegen sich kontinuierlich auseinander! Rechnet man ihre Bahnen zurück, so entsteht die Vorstellung vom Urknall

10 Die ersten Sekunden Die Energiefluktuation expandiert exponentiell! Nach Sekunden überlebt ein relativer Anteil von Elektronen und Quarks es entsteht ein Übergewicht von Materie relativ zur Antimaterie Teilchen und Antiteilchen Strahlung

11 Die ersten 3 Minuten Quarks und Gluonen werden in Nukleonen gebunden Proton+Neutron Deuteron Leichte Kerne enstehen

12 Nach Jahren Protonen, Neutronen und Elektronen werden zu Wasserstoff gebunden Die Photonen entkoppeln Hintergrundstrahlung

13 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 WMAP

14 Foto des Urknalls Die Hintergrundstrahlung ist isotrop mit Temperatur K! Schwankungen sind kleiner als 1/100000!

15 Anisotropien der Hintergrundstrahlung Winkel Amplitude der Fluktuationen

16 Ω tot = 1 Räumlich flaches Universum: Ω tot = 1 Beobachtung ( WMAP ): Ω tot = ρ tot /ρ c =1.02 (+/-0.02) Kritische Energiedichte des Universums : ρ c =3 H² M² ( M = 2.44x10 18 GeV: reduzierte Planck-Masse, H : Hubble Parameter ) Ω b =ρ b /ρ c : Anteil der Baryonen an der Energiedichte ρ c

17 ~60,000 von >300,000 Galaxien Anteil der Baryonen Staub, Planeten, Sonnen und ausgebrannte Sterne Ω b = 5% Nur etwa 5% bestehen aus bekannter Materie ! Ermittelt aus Elementsynthese und kosmischer Hintergrundstrahlung

18 Hinweise auf dunkle Materie Verteilung der Materie dunkel sichtbar Galaxien rotieren zu schnell in den Spiralarmen!

19 Die Krümmung der Raum-Zeit Gravitationskräfte entstehen durch eine Krümmung der Raum-Zeit. Letztere ist wiederum durch die Verteilung der Masse (Energie) bestimmt. Ausschnitt aus unserem Sonnensystem

20 Beugung von Licht durch Materie Auch Licht wird im Gravitationsfeld abgelenkt!

21 Dichte Materie => Streulinsen Aus der Verzerrung von Bildern entfernter Galaxien kann man auf die Massendichte zwischen Galaxie und Beobachter schliessen. Schwarze Löcher und dunkle Materie werden sichtbar!

22 Der Gravitationslinseneffekt Bilder von Galaxien werden verzerrt oder vervielfältigt!

23 Zusammensetzung des Universums Ω b = 5 % sichtbar klumpt Ω dm = 22 % unsichtbar klumpt Ω h = 73 % unsichtbar homogen Unsichtbarer klumpender Anteil: Dunkle Materie Unsichtbarer homogener Anteil: Dunkle Energie

24 Spekulationen über dunkle Materie ????????????????????????????????????? Schwarze Löcher WIMPS (weakly interacting massive particles) Supersymmetrische Teilchen aus dem Urknall: Neutralinos, Axions ????????????????????????????????????? Gibt es weitere beobachtbare Hinweise auf die dunkle Energie ?

25 Spekulationen über dunkle Energie ????????????????????????????????????? Kosmologische Konstante ; A. Einstein: meine größte Eselei (oder nicht?) Quintessenz: zeitabhängiges skalares Feld; impliziert ein neues leichtes Teilchen und eine 5. Wechselwirkung Supersymmetrische Feldenergien ?????????????????????????????????????

26 Conclusions. There is no darkness, only ignorance. W. Shakespeare Zusammenfassung Zwei Dinge sind unendlich, das Universum und die menschliche Dummheit; aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher. A. Einstein


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