Kosmologie: Beobachtungsbefunde Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am 14.01.2005: Kosmologie: Beobachtungsbefunde (bei optischen Wellenlängen, d.h. im Sichtbaren) a) Wert der Hubble-Konstanten aus d -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) In welchem Universum leben wir? Günter Wunner Institut für Theoretische Physik Universität Stuttgart Gehalten von Dirk Meyer in Vertretung für:

... Die Anfänge der Teleskopie 1608 Erste schriftliche Erwähnung eines Fernrohrs 2. Oktober: Augenglasmacher Lippershey bietet formell Holland seine Erfindung „kijker“ zur Verwendung bei der Kriegsführung an (Typ: Opernglas) 1610 Erste astronomische Anwendung 7. Januar bis 2. März: Galileo beobachtet Mond, Milchstraße, Sonnenflecken, entdeckt Jupitermonde, „ Sidereus Nuntius“ 1611 Keplersches Fernrohr Klassischer Refraktor, große Baulänge, Scheiner 1613 1704 Reflektor System Newton Sir Isaac Newton veröffentlicht erstmals das Konzept eines Spiegelteleskops, erste Idee bereits 1668 ...

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

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.

Kongress bewilligt die Mittel zum Bau des Weltraum-Teleskops 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

Service Mission 2 (SM2) Service Mission 3 (SM3a) 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 2002 Service Mission 3 (SM3b) 1. März: Start Space Shuttle Columbia, Installation von ACS (Advanced Camera for Surveys) Ersatz von Sonnenzellen 2004 Das Aus für Hubble 16. Januar: Absage aller weiteren Service-Missionen in der Folge des Columbia-Unglücks am 1.2.2003

Das Hubble-Weltraum-Teleskop Länge: 13 m Durchmesser: 4 m Masse: 11 Tonnen Energiebedarf: 2,8 kW Hauptspiegel: 2,4 m Sekundärspiegel: 0,3 m Auflösung: 1/20 ‘‘ Grenzhelligkeiten: 30 m Drei Kameras Diverse Spektrometer Frequenzbereich: Ultraviolett - Infrarot l = 115 - 2500 nm

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

3 Millionen Lichtjahre

60 Millionen Lichtjahre

M100, 56 Millionen Lj.

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

Das Hubble-Teleskop entscheidet die jahrzehntelange Debatte über den korrekten Wert der Hubble-Konstanten Ho = 70 km/s/Mpc +7 -7 mit CMB-Beobachtungen: Ho = 71 km/s/Mpc +4 -3 1/Ho ~ 14 Milliarden Jahre

Die kosmologischen Parameter

Das kosmologische Dreieck q

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

Supernova Typ Ia als Standardkerzen zur Bestimmung der Entfernung Weißer Zwerg nahe Chandrasekhar-Grenzmasse sammelt Gas von Begleiter, Masse überkritisch: explosive thermonukleare Zündung von C, Weißer Zwerg explodiert 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)

8 Milliarden Jahre

Ia 5 und 7 Mrd. Jahre

7 Milliarden Jahre

Eichung kosmischer Standardkerzen Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen „Brighter is broader“

Eichung kosmischer Standardkerzen Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen Formel:

SN 1997 ff:

SN 1997ff, 10 Milliarden Jahre

8 Milliarden Jahre

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

Das kosmologische Dreieck: Beobachtung q WL ~ 0,7 Wm ~ 0,3 Wq ~ 0

In welchem Universum leben wir also?

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