Nachweis der Reionisation des Universums als Folge des „Big Bang“

Präsentation zum Thema: "Nachweis der Reionisation des Universums als Folge des „Big Bang“"—  Präsentation transkript:

1 Nachweis der Reionisation des Universums als Folge des „Big Bang“
Nachweis der Reionisation des Universums als Folge des „Big Bang“. Projekt: AMLOFAR (Amateur Low Frequency Array) Sir Martin Rees (1966) glaubt, dass sich die Reionisation des Universums vor einigen Milliarden Jahren (dark ages) auch heute noch zeigen sollte in einer stark rotverschobenen Line des neutralen Wasserstoffs. Zu diesem Zweck bauen die Holländer derzeit ein grosses Teleskop (Projekt LOFAR) um den Himmelshintergrund im Bereich z=5-10 entsprechend 140MHz bis 280MHz zu beobachten. Man glaubt heute sogar, dass die Linie noch weiter rotverschoben sein muss und beobachtet daher zwischen 80MHz und 240MHz z=10

2 Intensitäts-“Sprung“ im Radiospektrum
Je nach Model erwartet man derzeit drei verschiedene Varianten der Veränderungen im Radiospektrum der Hintergrundsstrahlung. Es geht darum innerhalb der starken galaktischen Strahlung von bis zu 1000 Kelvin eine Veränderung von weniger 0,04 Kelvin gegenüber der 2,73 Kelvin Strahlung zu entdecken. Durch eine intelligente Kombination von Minimum-Detektion und Integration sollte es selbst mit Amateurmitteln möglich sein diesen Temperatursprung nachzuweisen. Figure 2.2 Simulations of the expected brightness temperature of the cosmic background in the vicinity of the hydrogen reionization edge as a function of observing frequency. Three cases are shown for the HI step, corresponding to different models of how the process took place. All three produce an effect that is capable of being detected by LOFAR (from Shaver et al.1999).

3 Grossen Frequenzbereich überwachen
Die zu erwartende Rotverschiebung soll sich irgendwo im Bereich z= bewegen, d.h. der gesamte Frequenzbereich zwischen 80MHz und 240MHz muss beobachtet werden. Durch optimale Ausnutzung von abgelegenem Gelände wie Kiesgruben, Tunnels, Erzgruben etc. sowie Verteilung der verschiedenen Frequenzbereiche auf mehrere Beobachter sollte es möglich sein das gesamte Spektrum zu überwachen.

4 Öffnungswinkel, Galaktischer Hintergrund
Je grösser die Antenne und damit je schmaler der Öffnungswinkel umso grösser der Unterschied in der Hintergrundstemperatur (Galaxis). Da wir aber nur an der spektralen Veränderung und nicht an der zeitlichenVeränderung interessiert sind, kann man durchaus eine kleine Antenne mit grossem Öffnungswinkel verwenden. Einzig die Kalibration einer Antenne mit kleinem Öffnungswinkel mit Hilfe diskreter Quellen (Cygnus A, Cassiopeia A) ist etwas einfacher.

5 System-Anforderungen
Ungestörten Beobachtungsort (Erzgrube, Kiesgrube, Hochtal, Kohlengrube, ...) Gelegentlich Blick auf Sonne, Cas A, Cyg A notwendig zur Systemkalibration Antenne mit Öffnungswinkel < 20° (Yagi, Log-Per, Hornantenne) und Mindestbandbreite von einigen MHz [KW-Schmalbandantenne eher ungeeignet] Stabilen, rauscharmen und übersteuerungsfesten Vorverstärker Stabilen, dämpfungsarmen HF-Schalter zur Empfängerkalibration. Kalibrierte, stabile Rauschquelle zur Empfängerkalibration Durchstimmbaren Empfänger, z.B. Philips-Tuner mit I2C-Bus oder AR5000 oder DSP-Prozessor (FFT) oder .... (TBD) Reduzierte Empfängerbandbreite um auch zwischen Störträgern messen zu können Die Radiometergleichung muss erfüllt sein und sollte min 10dB erreichen Es muss eine enge Zusammenarbeit zwischen den Teilnehmern geben, damit die Teil-Spektren sauber gefittet werden können zu einem Gesamtspektrum. Es wird viel Beobachtungszeit und viel Geduld nötig sein...

6 Empfohlenes Empfangssystem für die extrem rotverschobene 21cm Wasserstoff-Linie
Antenne(n) 50MHz...300MHz Personalcomputer 486er mit Digital-I/O, A/D und COM zur Steuerung Empfänger, Relais und Rauschquelle Programmierbarer Empfänger AR5000 oder CD15xx (I2C) HF- Relais Vorverstärker selektiv & rauscharm Logarithmischer Detektor Stabile Rausch- Quelle

7 Links, Adressen http://nedwww.ipac.caltech.edu/level5/Rees4/Rees6.html
Christian Monstein HB9SCT Wiesenstrasse 13 CH-8807 Freienbach ETH Zürich Institut für Astronomie Christian Monstein CH-8092 Zürich