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KZO Wetzikon Dunkle Materie Astronomiefreifach HS 2002/2003 Stefan Leuthold.

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Präsentation zum Thema: "KZO Wetzikon Dunkle Materie Astronomiefreifach HS 2002/2003 Stefan Leuthold."—  Präsentation transkript:

1 KZO Wetzikon Dunkle Materie Astronomiefreifach HS 2002/2003 Stefan Leuthold

2 Folie Nr. 2 Astronomiefreifach - Dunkle Materie.

3 Folie Nr. 3 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Was ist dunkle Materie? «Vor 50 Jahren erkannte Fritz Zwicky, dass Galaxienhaufen hauptsächlich aus Materie in irgendeiner nichtleuchtenden Form bestehen. Die Suche nach dieser dunklen Materie beherrscht seit einem halben Jahrhundert die Kosmologie.» (Silk, 134) Zwicky ( ) ein echter Glarner

4 Folie Nr. 4 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Unsere Galaxie: Milchstrasse. Durchmesser: etwa ly ( 30 kpc) Abstand Sonne-Zentrum: 8 kpc Bahngeschwindigkeit der Sonne: 250 km/s

5 Folie Nr. 5 Astronomiefreifach - Dunkle Materie.

6 Folie Nr. 6 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Galaxiencluster Fritz Zwicky untersuchte Coma Cluster und Virgo Cluster. Er fand, dass die Geschwindigkeiten der einzelnen Galaxien um 10 bis 100 mal grösser waren als erwartet. Das einzige, wovon die Geschwindigkeit der Galaxien abhängt, ist die Masse im Zentrum des Clusters – dies ist ein deutlicher Hinweis auf dunkle Materie.

7 This image from NASA's Hubble Space Telescope shows hundreds of galaxies in an area of the sky as small as President Roosevelt's eye on a dime held at arm's length. The brightest galaxy in the field, called NGC 4881, lies in the outskirts of a really large cluster of galaxies called the Coma Cluster.

8 Virgo Cluster

9 Folie Nr. 9 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Nachweis: Rotation von Galaxien. Während die Leuchtkraft vom Zentrum gegen aussen in einer Galaxie rasch abfällt, bleibt die gemessene Rotations-geschwindigkeit vieler Galaxien hoch – dies ist nur möglich, wenn innerhalb der Materie eine grosse Masse die Rotation aufrechterhält. P.J.E. Peebles mass als einer der ersten Rotationskurven von Galaxien aus. Rechts ein berühmtes seiner Bücher.

10 Folie Nr. 10 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Wieviel dunkle Materie gibt es? Man definiert > 1 geschlossenes Universum = 1 flaches Universum < 1 offenes Universum Der Omega-Parameter gibt also an, wieviel dunkle Materie vor- handen ist: Man schätzt heute bis zu 90% oder 95% der Gesamtmasse des Universums!

11 Folie Nr. 11 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Was kann dunkle Materie sein? Planeten Weisse Zwerge WIMPs: Weakly interacting massive particles. «Exotische Materie»

12

13 Folie Nr. 13 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Baryonische dunkle Materie Weisse Zwerge Neutronensterne Schwarze Löcher MACHOs (massive compact halo objects) Sternüberreste

14 Folie Nr. 14 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Endstadien von Sternen Protostern Brauner Zwerg 1 M Sonne M Sonne > 30 M Sonne He-Kern Roter Riese Überriese Weisser Zwerg Schwarzes Loch Neutronen- stern

15 Folie Nr. 15 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Entwicklung im HR-Diagramm. Entwicklung eines Sternes mit etwa 5 Sonnen-massen: 1.Vom Kern- ins Schalenbrennen aufgeheizt, Sternradius wächst auf 100faches an (roter Riese). 2.Ausdehnung kühlt Hülle ab (L ~ T 4, L ~ r 2, bei L = konst. folgt Abkühlung). 3.Kontrahierung der Kernregion => T steigt auf über 100 Mio. K, danach «Triple- -Prozess» (3 He => C). 4.Alles ausgebrannt, T genügt nicht für Brennen schwererer Elemente: Kontraktion => Weisser Zwerg.

16 Folie Nr. 16 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Entstehung von Neutronensternen Bei Kerntemperaturen T > 10 9 K geht das nukleare Brennen weiter bis zu Eisen (noch schwerere Elemente können in Sternen nicht erzeugt werden). Masse der Kernregion > 1,4 M Sonne : Beim Zusammenfallen des Kern nach dem Ausbrennen werden p + und e – zu n und zusammengedrückt. Der Radius eines Neutronensterns beträgt einige Kilometer, seine Dichte kg/cm 3 !

17 Folie Nr. 17 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Supernovae Der Kollaps der Kernregion eines angehenden Neutronensterns treibt eine Druck- welle nach aussen, welche die äusseren Schichten des roten Überriesen in einer gewaltigen Explosion in den Raum hinausschleudert := Supernova.

18 Folie Nr. 18 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Pulsare Neutronensterne, welche schnell pulsieren (z. T. mit Frequenzen im ms-Bereich) nennt man «Pulsare». Die Perioden von Pulsaren gehen bis zu s genau im Zeitraum eines Jahres (vergleichbar mit Atom- uhren).

19 Folie Nr. 19 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. MACHOs: Gravitationslinsen. Vgl. Kopie aus «Metzler Physik»

20 Folie Nr. 20 Astronomiefreifach - Dunkle Materie. Astronomie ist schön. Literaturangaben Silk, Joseph. Die Geschichte des Kosmos. Spektrum Akademischer Verlag. Deutsche Ausgabe 1996.


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