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Vom Anfang und Ende des Universums Göttingen, 10. Februar 2009 Wolfgang Hillebrandt MPI für Astrophysik Garching.

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Präsentation zum Thema: "Vom Anfang und Ende des Universums Göttingen, 10. Februar 2009 Wolfgang Hillebrandt MPI für Astrophysik Garching."—  Präsentation transkript:

1 Vom Anfang und Ende des Universums Göttingen, 10. Februar 2009 Wolfgang Hillebrandt MPI für Astrophysik Garching

2 Worüber ich nicht sprechen will ….

3 Das,,neue kosmologische Weltbild ….

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6 …. und wie alles begann ….

7 Kosmologischer Hintergrund Kosmologischer Hintergrund Einsteinsche Feldgleichungen Einsteinsche Feldgleichungen - Λ g µν ???

8 Wie kann man den Kosmos,,vermessen? Durch die Messung von Abständen Durch die Messung von Abständen und/oder und/oder durch die Messung von Winkeln. durch die Messung von Winkeln.

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11 Entfernungsmessungen: Unsere kosmische Nachbarschaft: (1 Lichtjahr = 9,46 Billionen km!)

12 Astronomie: Blicke in die Vergangenheit! Galaktisches Zentrum: Auf der Erde lebten Neandertaler Andromeda-Galaxie: Die Alpen entstehen Der Coma-Haufen: Der Archeopterix flog

13 Methoden für kosmische Entfernungsmessunge n 1. Die Paralaxe 1. Die Paralaxe

14 Methoden für kosmische Entfernungsmessunge n 1. Die Paralaxe 1. Die Paralaxe

15 2. Die Standardkerze 2. Die Standardkerze

16 3. Geeichte Standardkerzen: variable Sterne

17 Wenn sich ein Stern oder ein Galaxie von uns wegbewegt: Wenn sich ein Stern oder ein Galaxie von uns wegbewegt: Das Licht erscheint Das Licht erscheint rot-verschoben! rot-verschoben!,,Hubble-Gesetz,,Hubble-Gesetz v 4. Der Doppler-Effekt

18 Ein modernes Hubble-Diagramm

19 mit undmit und w M = 0 (Materie) w R = (Strahlung) w = -1 (Kosmologische Konstante/Vakuum) Leuchtkraftabstände (ersetzt 1/r 2 – Gesetz):

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21 Mittlerer Abstand zwischen den Galaxien heute schwächer Rotverschiebung M = 1 Zeit Geschlossen M > 1 Offen M < 1 M = Milliarden Jahre

22 Supernovae als Standardkerzen? Supernova (SN) 1604 (Keplers Supernova)

23 Was ist eine (Typ Ia) Supernova?

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25 Supernovae in entfernten Galaxien

26 Lichtkurven von gut beobachteten SNe Ia Gemessen Zeit nach dem Maximum in Tagen HELLIGKEITHELLIGKEIT

27 Lichtkurven von gut beobachteten SNe Ia Zeit nach dem Maximum in Tagen HELLIGKEITHELLIGKEIT Kalibrierte Lichtkurven

28 Das Hubble-Diagramm für nahe Supernovae,,Rotverschiebung(nahe)(fern) (dunkel) (hell) Scheinb. minus absolute Grö ße

29 Supernovae sind sehr selten, ca. 1 SN pro 100 Jahre und Galaxie. Man muß sehr viele Galaxien beobachten! Sehr weit entfernte Supernovae

30 Suchstrategie: 1. Wiederholtes Scannen eines Feldes. 2. Elektronisches Auslesen der Daten. 3. Nachfolge- beoachtungen.

31 Supernovae werden heute bei Rotverschie- bungen von Z > 0,1 routinemäßig entdeckt!

32 Die Ergebnisse Supernovae, die weit weg sind, also explodierten, als das Universum etwa halb so alt war wie heute (vor bis zu 8 Milliarden Jahren), sind etwas lichtschwächer als sie es sein sollten. Supernovae, die weit weg sind, also explodierten, als das Universum etwa halb so alt war wie heute (vor bis zu 8 Milliarden Jahren), sind etwas lichtschwächer als sie es sein sollten. Sie sind weiter von uns entfernt als eine,,normale Kosmologie erlaubt. Sie sind weiter von uns entfernt als eine,,normale Kosmologie erlaubt. Das Universum expandiert (heute) beschleunigt ! Warum??? Das Universum expandiert (heute) beschleunigt ! Warum???

33 Mittlerer Abstand zwischen den Galaxien heute schwächer Rotverschiebung M = 1 Zeit Geschlossen M > 1 Offen M < 1 M = Milliarden Jahre Beschleunigte Expansion !

34 209 SNe Ia und Mittelwerte Geschlossenes Universum Leeres Universum Flaches Universum mit Beschleunigung

35 Die,,Dunkle Energie,,Kosmologische Konstante (oder eine andere Modifikation der Allgemeinen Relativitätstheorie)?,,Kosmologische Konstante (oder eine andere Modifikation der Allgemeinen Relativitätstheorie)? Energie des (Quanten-)Vakuums ? Energie des (Quanten-)Vakuums ? Ein neues unbekanntes Energiefeld ? Ein neues unbekanntes Energiefeld ? Das Vakuum wirkt wie ein Gas mit negativem Druck!

36 Kosmologie und Typ Ia Supernovae Die Zustandsgleichung des Universums: p = wρ ä ~ (ρ + 3p) w -1/3 : Beschleunigung! Galaxiensurveys Supernovadaten Kosmologische Konstante = Vakuumenergie?

37 Was ist also die Zukunft des Universums?

38 Hängt von der Natur der Dunklen Energie ab !

39 Ein unabhängiger Test: Der kosmische Mikrowellen-Hintergrund George Gamow (1946): Es gibt ~400 Photonen pro Kubikzentimeter Arno Penzias und Robert Wilson: Zufällige Entdeckung 1964

40 Der kosmische Mikrowellen-Hintergrund Vor der Rekombination: Das Universum is undurchsichtig. Nach der Rekombination: Das Universum ist durchsichtig. Übergang ~ Jahre nach dem Urknall! J 10 9 J heute

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42 Oberfläche der letzten Streung transparent undurchsichtig

43 Nobel-Preis für Physik 2006 für COBE: John Mather George Smoot

44 Können wir den Klang des Universums sehen? Komprimiertes Gas erwärmt sich Komprimiertes Gas erwärmt sich Temperaturfluktuationen Temperaturfluktuationen

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46 Der Himmel im Licht der 2,7° K Strahlung (nach WMAP)

47 Die Interpretation der Daten

48 Interpretation der Daten: Geometrie des Universums: flach (Euklidisch) Dunkle Energie: ~73% Dunkle Materie: ~23% Baryonen: ~4% Alter des Universums: ~13,7 Milliarden Jahre (Fehler < 2% !!!)

49 Was sind die möglichen Fehler? Statistisch? Systematisch? Laufende und zuküftige Projekte

50 SN Projekte ESSENCE CFHT Legacy Survey Hohe-z SN Suche (GOODS) SN Factory Carnegie SN Projekt JDEM/SNAP (Supernova Acceleration Probe)

51 Weitere Projekte: EUCLID (ESA) 1,2m –Teleskop (in L2) Sichtbar/NIR Himmelsdurchmus- terung Galaxien und Haufen von Galxien

52 Weitere Projekte: JDEM (SNAP /ADEPT/DESTINY) (NASA/DOE) 1,5m –Teleskop (in L2) Sichtbar/NIR/IR Himmelsdurchmus- terung Supernovae, Galaxien und Haufen von Galxien

53 ZIEL: Was ist die Natur der dunklen Energie?

54 Mittlerer Abstand zwischen den Galaxien heute schwächer Rotverschiebung M = 1 Zeit Geschlossen M > 1 Offen M < 1 M = Milliarden Jahre

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56 Es gibt eine Theorie, die behauptet: Sobald irgend jemand herausfindet, was genau es mit dem Universum auf sich hat, und warum es hier ist, verschwindet es sofort und wird durch etwas ersetzt, das noch bizarrer und unerklärlicher ist. Es gibt eine andere Theorie die sagt, das habe bereits stattgefunden. Douglas Adams


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