Kosmologie mit Supernovae 1a Vortrag von Marius Köhl am 26.01.07

Inhalt Allgemeines Standardkerzen Rotverschiebung und Hubble-Gesetz Theorie und Parameter der Expansion Messungen entfernter Supernovae Resultate

KOSMOLOGIE Grundlagen: Ziele: Allgemeine Relativitätstheorie Astrophysik/Astronomie und Teilchenphysik Ziele: Zeitliche Entwicklung des Universums (Expansion/ Kontraktion?) Materie- und Energiedichten Dunkle Materie, Dunkle Energie Strukturentstehung

Standardkerze Zentrale Messung: Einheitliches Verhalten Hohe Leuchtkraft: über kosmologische Distanzen beobachtbar Einfach identifizierbar und klar abgegrenzt Zentrale Messung: Leuchtkraft einer Standardkerze als Funktion der Rotverschiebung

Stretch (Phillips-Relation)

Rotverschiebung z Ursachen: Tieferes Gravitationspotential Relativbewegung Expansion des Universums Näherung für kleine Distanzen: Hubble-Gesetz

Edwin Hubble (1929)

Distance modulus

Entferntere Objekte Licht enthält Informationen über die integrale Expansion während der Laufzeit Lineares Hubble-Gesetz gilt nicht mehr Robertson-Walker-Metrik (homogenes, isotropes Universum a(t) Skalenfaktor Offenes Universum Flaches Universum Geschlossenes Universum

Dynamik des Universums Friedmann-Gleichung Relative Anteile von Materie und Energie Zustandsgleichungen Materie 0 Photonen +1/3 Kosmologische Konstante/Dunkle Energie -1

Luminosity Distance Aus der Helligkeit bestimmte Entfernung Aus den Friedmanngleichungen als Funktion von

Reihenentwicklung 1. Ordnung: Im nahen Universum skaliert Distanz mit der Rotverschiebung z (Hubble-Gesetz) 2. Ordnung: hängt von der Abbremsungs(Beschleunigungs-)Rate ab

Beispiel: ist kleiner als in erster Näherung. Entfernte Standardkerzen erscheinen für ihre Rotverschiebung zu hell/nah. Die Expansion verlangsamt sich. ist größer als in erster Näherung. Entfernte Standardkerzen erscheinen für ihre Rotverschiebung zu dunkel/fern. Die Expansion beschleunigt sich.

Messungen bei SCP (Supernova Cosmology Project), HZSNS (High Z Supernova Search)

Resultate nicht kompatibel mit SN sind dunkler als erwartet, Expansion beschleunigt sich

Abweichung vom „Standarduniversum“

Systematische Fehler K-Korrekturen (0.01 mag) Absorption durch Staub (0.06mag) Gravitationslinsen (0.02 mag bei z=0.5) Auswahleffekte (0.01 mag) Entwicklung der Galaxien

Es existiert eine „Dunkle Energie“ Mit und Kosmologische Konstante ? Als Vakuumenergie? Variables Skalarfeld? („Quintessenz?“)

Zusammenfassung Supernovae 1a sind geeignete Standardkerzen Nahe Supernovae: aktuelle Expansionsrate Ferne Supernovae: Expansionsgeschichte Expansion beschleunigt sich Dunkle Energie!

Natur der dunklen Energie unbekannt, Zustandsgleichung unbekannt Je nach Wahl des Parameters ergeben sich Abweichungen. Um dort wirklich Aussagen machen zu können, sind weit höhere Genauigkeiten nötig

Materieart mit Zustandsparameter Muss angenommen werden, nicht zwingend Grenzen für unter der Bedingung

SNAP (Supernova Acceleration Probe) Satellit zur ausschliesslichen Suche nach SN1a Vorteile Viele Beobachtungen bei hoher Rotverschiebung bis z=1.7 Geringere systematische Fehler Möglichweise Untersuchung einer Zeitabhängigkeit der Zustandsparameter Exklusiv für SN-Messungen, 2000 pro Jahr Start für 2013 vorgesehen CMB Messung wird sich ebenfalls stark verbessern, sind jedoch relativ unempfindlich gegenüber dunkler Energie und der beschleunigten Expansion. SN sind z.Zt. der beste Untersuchungsgegenstand für diese Dinge. Verschiedene Techniken ergänzen sich in der Eingrenzung der Parameter.

68%-Linien Flaches Universum vorausgesetzt, gestützt durch CMB Innere Linien: Unter Berücksichtigung von Daten zu aus beobachteter Massenverteilung Zeitabhängigkeit gemäß

Supernovae II: Intrinsische Ungenauigkeit von 10-20% Wurden verwendet zur unabhängigen Messung von H_0 Besitzen zumindest Potential, Messungen aus 1a bestätigen