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

Worüber ich nicht sprechen will ….

Das ,,neue” kosmologische Weltbild ….

Das ,,neue” kosmologische Weltbild ….

Das ,,neue” kosmologische Weltbild ….

…. und wie alles begann ….

Kosmologischer Hintergrund Einstein’sche Feldgleichungen

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

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

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

Methoden für kosmische Entfernungsmessungen 1. Die Paralaxe

Methoden für kosmische Entfernungsmessungen 1. Die Paralaxe

2. Die “Standardkerze”

3. Geeichte Standardkerzen: variable Sterne

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

Ein “modernes” Hubble-Diagramm

Leuchtkraftabstände (ersetzt 1/r2 – Gesetz): mit und wM= 0 (Materie) wR= ⅓ (Strahlung) w= -1 (Kosmologische Konstante/Vakuum)

Offen Geschlossen Mittlerer Abstand zwischen den Galaxien Zeit M = 0 schwächer heute Rotverschiebung - 14 - 9 - 7 Milliarden Jahre Zeit

Supernovae als Standardkerzen? Supernova (SN) 1604 (“Keplers Supernova”)

Was ist eine (Typ Ia) Supernova?

Supernovae in entfernten Galaxien

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

Lichtkurven von gut beobachteten SNe Ia “Kalibrierte” Lichtkurven HELLIGKEIT Zeit nach dem Maximum in Tagen

Das Hubble-Diagramm für nahe Supernovae (dunkel) The data have a nice gaussian error distribution of 0.16 mag (8%) Scheinb. minus absolute Größe (hell) (nahe) ,,Rotverschiebung” (fern)

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

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

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

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. → Sie sind weiter von uns entfernt als eine ,,normale” Kosmologie erlaubt. → Das Universum expandiert (heute) beschleunigt ! Warum???

Offen Geschlossen Beschleunigte Expansion ! M = 0 Mittlerer Abstand zwischen den Galaxien Offen M < 1 M = 1 Geschlossen M > 1 schwächer heute Rotverschiebung - 14 - 9 - 7 Milliarden Jahre Zeit

209 SNe Ia und Mittelwerte “Leeres” Universum “Flaches” Universum mit Beschleunigung “Leeres” Universum “Geschlossenes” Universum

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

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

Was ist also die Zukunft des Universums?

Was ist also die Zukunft des Universums? Hängt von der Natur der Dunklen Energie ab !

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

Der kosmische Mikrowellen-Hintergrund Vor der Rekombination: Das Universum is undurchsichtig. Nach der Rekombination: Das Universum ist durchsichtig. Übergang ~300 000 Jahre nach dem Urknall! 300000 J 109 J heute

Oberfläche der “letzten Streung” transparent undurchsichtig

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

Können wir den “Klang” des Universums “sehen”? Komprimiertes Gas erwärmt sich  Temperaturfluktuationen

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

Die Interpretation der Daten

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% !!!)

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

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

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

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

ZIEL: Was ist die Natur der dunklen Energie?

Offen Geschlossen Mittlerer Abstand zwischen den Galaxien Zeit M = 0 schwächer heute Rotverschiebung - 14 - 9 - 7 Milliarden Jahre Zeit

“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