Corvin Zahn, Institut für Physik Universität Hildesheim

Das Leben, das
Universum und der
ganze Rest
Corvin Zahn, Institut für Physik
Universität Hildesheim
Cosmologists are often in error,
but never in doubt
Lev Landau
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Sonnensystem mit Planeten
Bild: NASA
der nächste Stern, unsere Sonne
Bild: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:The_sun1.jpg
Milchstraße sie enthält 300 Mrd Sterne, die eine große Spiralgalaxie mit 100000 Lichtjahren Durchmesser bildet
1 Lichtjahr ist die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt.
Bild: Terrence Dickinson, http://www.spacetelescope.org/images/opo9930e/
Andromedanebel, Nachbargalaxie in 2.6 Mio Lichtjahren Entfernung. Spiralgalaxie mit 150000 Lichtjahren Durchmesser,
200-400 Mrd Sonnenmassen
Bild: Tony and Daphne Hallas, http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1999/40/image/b/
Sombrero-Galaxie, von der Seite gesehen. Staubwolken 28 Mio Lichtjahre entfernt
Bild: NASA, http://hubblesite.org/gallery/album/pr2003028a/
NGC1300 Balkengalaxie 69 Mio Lichtjahre entfernt
Bild: NASA, http://hubblesite.org/gallery/album/pr2005001a/
Abell 1689 2.2 Mrd Lichtjahre entfernt
Bild: NASA, ESA, L. Bradley (JHU), R. Bouwens (UCSC), H. Ford (JHU), and G. Illingworth (UCSC),
http://hubblesite.org/gallery/album/pr2008008b
Hubble Weltraumteleskop ca 570km über Erdoberfläche
Bild: NASA, http://hubblesite.org/gallery/spacecraft/28/
Position des HUDF
Bild: http://sternwarte-trier.de/sternhimmel/sternhimmel.html
HUDF, sternarme Stelle im Sternbild Fornax 1/10 Vollmonddurchmesser, 13 Millionstel des Himmels, 10000 Galaxien
Bild: NASA/ESA/S. Beckwith(STScI) and The HUDF Team, http://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/hubble_UDF.html
Licht ist nicht unendlich schnell:
300000 km/s oder etwas über 1 Mrd. km/h
Es benötigt Zeit:
Mond
1,3 Sekunden
Sonne
8 Minuten
Pluto
6 Stunden
Alpha Centauri
4 Jahre
Zentrum der Milchstaße
27000 Jahre
Andromeda-Galaxie
2,5 Mio. Jahre
entfernteste Galaxien
13 Mrd. Jahre
1 Lichtjahr = 9,5 Billionen km
HUDF, 1/10 Vollmonddurchmesser, 13 Millionstel des Himmels, 10000 Galaxien
älteste Galaxien sind aus einer Zeit, als das Universum 500 Mio Jahre alt war.
http://www.space.com/10691-oldest-galaxy-discovered-hubble-space-telescope.html
Edwin Hubble, A relation
between distance and
radial velocity among
extra-galactic nebulea,
PNAS 1929
Edwin Hubble
Edwin Hubble
Bild: http://www.wwu.edu/depts/skywise/history/hubble.jpg
Hubble H0 Key Project (2001)
Freedman et al. (2001)
Hubble (1929)
1st tick mark
Freedman et al. (2001) Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0012376
Bild: Wendy Freedman
Kopernikanisches Prinzip:
„Das Weltall sieht überall gleich aus“
oder
Alles was man über die Erde sagen kann:
„Mostly Harmless“
Bild: http://map.gsfc.nasa.gov/universe/bb_tests_exp.html
Skalenfaktor
heute
Zeit seit dem Urknall
LH 95 Sternentstehungsgebiet 160000 Lichtjahre entfernt in den Großen Magellanschen Wolken
Bild: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, http://hubblesite.org/gallery/album/
pr2006055a/
spiralgalaxie ngc 4414 60 Mio Lichtjahre entfernt
Bild: The Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA), http://hubblesite.org/gallery/album/pr1999025a/
SDSS: (http://www.sdss.org/) Sloan Digital Sky Survey: in der Mitte ist die Erde. Jeder Punkt ist eine Galaxie mit je etwa 100 Mrd
Sternen (rote Punkte sind Galaxien mit älteren Sternen) der äußerste Ring ist in einer Entfernung v. 2 Mrd Lichtjahren. leere Keile
kommen daher, dass dort unsere Milchstraße im Weg ist.
Bild: M. Blanton and the Sloan Digital Sky Survey, http://www.sdss.org/includes/sideimages/sdss_pie2.html
Andromedagalaxie zu dick!!!
in der Andromedagalaxie ist mehr als 4 mal so viel Masse wie man sehen kann
Bild: Queens Univ. (http://www.universetoday.com/91520/astronomy-without-a-telescope-could-dark-matter-not-matter/)
Bullet Cluster
1/10 der Masse ist in der Plasma-Wolke (rot). Der Rest (blau) enthält die Galaxien und dunkle Materie
The Astrophysical Journal, 648:L 109-L113, 2006 September 10
Clowe et al., A Direct Empirical Proof of the Existance of Dark Matter
Strukturbildung
Universum dehnt
sich aus und kühlt
ab
Materie klumpt
zusammen
Bild unten: Simulation A. Kravtsov, A. Klypin, http://cosmicweb.uchicago.edu/filaments.html
Materie im Universum
„Normale Materie“
(Atome aus Protonen, Neutronen, Elektronen)
soviel wie ein Proton pro vier Kubikmeter
plus
fünfmal soviel „Dunkle Materie“!
Suche nach bisher unbekannten
Elementarteilchen
Bild: the guardian
Skalenfaktor
heute
Zeit seit dem Urknall
Expansion History of the Universe
s
d
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0.01
0.1
1
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cc
...or a
0.5
lwa
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rat
ed
After inflation,
the expansion either...
redshift
0.25
f ir
Scale of the Universe
Relative to Today's Scale
1.5
0.001
relative
brightness
0.0001
Perlmutter, Physics Today (2003)
–10
past
0.5
0.75
1
1.5
2
2.5
3
today
0
future
10
Billions Years from Today
Bild aus: Paul Perlmutter, Supernovae, Dark Energy, and the Accelerating Universe, Physics Today, April 2003.
Dunkle Energie
Die Expansion verläuft heute beschleunigt!
HUDF, sternarme Stelle im Sternbild Fornax 1/10 Vollmonddurchmesser, 13 Millionstel des Himmels, 10000 Galaxien
Arno Penzias (re) Robert Wilson 1965
1978 Nobelpreis für Physik
Bild: Alcatel-Lucent/Bell Labs
Der kosmische Mikrowellenhintergrund
380 000 Jahre nach dem Urknall: Rekombination
T>3000°C
Weltall undurchsichtig
T < 3000°C
Weltall durchsichtig
Strahlung aus dem frühen Universum:
- damals 3000°C, heute 2,7° über dem absoluten Nullpunkt
- gleichmäßig aus allen Richtungen bis auf kleine Schwankungen
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov/
1965:
COBE
COBE-Satellit
Bild: NASA, http://library01.gsfc.nasa.gov/gdprojs/images/cobe.jpg
1992:
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov/
– 17 –
WMAP
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov/
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov/
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov
2003:
Fig. 7.— A comparison of the COBE 53 GHz map (Bennett et al. 1996) with the W-band WMAP map. The WMAP
map has 30 times finer resolution than the COBE map.
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov
Bild: NASA / WMAP Science Team, http://map.gsfc.nasa.gov/media/101080/index.html
keine dunkle Materie
keine dunkle Energie keine dunkle Energie
6000
6000
5000
5000
5000
4000
3000
2000
1000
0
l(l+1)Cl / 2π [µK2]
6000
l(l+1)Cl / 2π [µK2]
2
l(l+1)Cl / 2π [µK ]
4% Baryonen
23% dunkle Materie
73% dunkle Energie
4000
3000
2000
1000
0
200
400
600
800
l
1000 1200 1400
0
4000
3000
2000
1000
0
200
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l
1000 1200 1400
0
0
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600
800
l
1000 1200 1400
Die Zusammensetzung der Welt
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www.tempolimit-lichtgeschwindigkeit.de