Woraus besteht das Universum?
Werbung
Woraus besteht das Universum? Dominik J. Schwarz Universität Bielefeld Herbstakademie 2004 5% Atome, 25% dunkle Materie & 70% dunkle Energie Woraus besteht unsere“ Welt? ” 75% Wasserstoff, 24% Helium, 1% Metalle“ ” Welche Teilchen gibt es? Geschichte des Universums RHIC−event (STAR) geometry & fluctuations inflation Hubble Deep Field Sky from WMAP 3K radiation masses hadrons galaxies nucleosynthesis today −12 10 s −6 10 s radiation 0 10 s 6 10 s 12 10 s matter 18 10 s ? Was beobachten wir? Hubble Ultra Deep Field - Infrared Galaxien: Elliptische und Spiral-Systeme Galaxien-Gruppen und Haufen (cluster) HCG87 - Gemini Observatory Woraus bestehen Galaxien? Ist (M/L)Sterne = (M/L)Galaxie? M/L . . . Masse-Leuchtkraft Verhältnis; (M/L)Sterne ≈ (M/L)Sonne Betrachte dazu Bewegungen von Sternen und Gaswolken v(r) = s GM (r) r v . . . Geschwindigkeit r . . . Abstand vom Zentrum G . . . Newtonsche Gravitationskonstante M (r) . . . Masse innerhalb r typische Masse einer Spiral-Galaxie 1012 M Rotationskurven NGC 2403 Dunkle Materie • massive Teilchen (v < vFlucht) • keine elektromagnetischen und starken Wechselwirkungen • Teilchen müssen stabil sein • (M/L)Spiral−Galaxien > 20 Standardmodell der Teilchenphysik hat keinen Kandidaten Suche nach dunkler Materie Large Hadron Collider (CERN) supersymmetrische Teilchen? direkte (Untergrund) und indirekte (kosmische Strahlung) Suche Wieviel dunkle Materie gibt es? Galaxienhaufen: heißes Plasma, T = 107 K bis 108 K Temperatur- und Dichteprofil ⇒ Masse und deren Gasanteil typischer Gasanteil 15%, typische Masse 1015 M Virgo-Haufen: sichtbares Licht Röntgenstrahlung Wieviel Masse/Energie gibt es im Universum? • Planeten & Sternen: Atomkerne & Elektronen • Galaxien & Galaxienhaufen: 15% Atome, 85% dunkle Materie • Universum: betrachte kosmische Mikrowellenstrahlung Geschichte des Universums RHIC−event (STAR) geometry & fluctuations inflation Hubble Deep Field Sky from WMAP 3K radiation masses hadrons galaxies nucleosynthesis today −12 10 s −6 10 s radiation 0 10 s 6 10 s 12 10 s matter 18 10 s ? Kosmische Mikrowellenstrahlung Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 2003 Messung der Geometrie des Universums Allgemeine Relativitätstheorie: Krümmung = G·Massendichte beobachte einen Winkel, alle Seitenlängen bekannt Multipol-Analyse (` = 180◦ /θ) Energie-Budget • 5% Atome • 25% kalte dunkle Materie (Druck ≈ 0) • 70% dunkle Energie Was ist dunkle Energie? Messung der Beschleunigung des Universums Supernovae vom Typ 1a: explodierende weiße Zwerge alle Explosionen etwa gleich hell (Standardkerzen) bestimme Abstand aus scheinbarer Helligkeit Zeitpunkt der Explosion aus Rotverschiebung ⇒ Beschleunigung > 0 [Science Magazine 1998: Revolution in Cosmology] Eigenschaften dunkler Energie Allgemeine Relativitätstheorie: −Beschleunigung = G·(Energiedichte +3·Druck) Druck der dunklen Energie ist negativ! Beispiel: Kosmologische Konstante (Vakuumsenergie) hat negativen Druck ∆Energie = ∆(Energiedichte · Volumen) = Energiedichte · ∆Volumen = −Druck · ∆Volumen aus dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre Offene Fragen • 5% Atome Woher kommt die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie? • 25% kalte dunkle Materie (Druck ≈ 0) Was ist die kalte dunkle Materie? Neue Teilchen? • 70% dunkle Energie (Druck = - Energiedichte?) Was ist die Physik dieser Komponente? 95% der Masse/Energie im Universum sind unverstanden DAS IST IHRE CHANCE!
