Einführung in das Standardmodell der Kosmologie
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Zusammenfassung Einführung in das Standardmodell der Kosmologie 9. Zusammenfassung Cora Fechner Universität Potsdam SS15 Zusammenfassung Zusammenfassung H 2 (t) = H02 Ωr R −4 (t) + Ωm R −3 (t) + (1 − Ωm − ΩΛ )R −2 (t) + ΩΛ Zusammenfassung Grundlegende Beobachtungen ◮ Das Universum expandiert. (Hubble-Gesetz) ◮ Die kosmische Hintergrundstrahlung ◮ Der Nachthimmel ist dunkel. (Olbers’ Paradoxon) ◮ Das Universum ist auf großen Skalen homogen und isotrop. (→ kosmologisches Prinzip) ◮ Alter der ältesten Sternhaufen ◮ Massenanteil von Helium Zusammenfassung Weltmodelle H 2 (t) = H02 Ωr R −4 (t) + Ωm R −3 (t) + (1 − Ωm − ΩΛ )R −2 (t) + ΩΛ Zusammenfassung Thermische Geschichte Baryonenära: t ∼ 13.6 · 109 yr, T ∼ 3 K: heute t ∼ 7 · 108 yr: Reionisation t ∼ 3 · 106 yr: Stern- und Galaxienentstehung t ∼ 3 · 105 yr, T ∼ 3000 K: Rekombination, Hintergrundstrahlung Photonenära: t ∼ 7 · 104 yr: materiedominierter Kosmos t ∼ 1 . . . 180 s, T ∼ 1 . . . 0.1 MeV: primordiale Nukleosynthese Leptonenära: t ∼ 3 s, T ∼ 0.5 MeV: Elektron-Positron-Annihilation t ∼ 1 s, T ∼ 0.8 MeV: Ausfrieren der Neutrinos Hadronenära: t ∼ 10−4 s, T ∼ 150 MeV: Quark-Hadron-Übergang t ∼ 10−12 s, T ∼ 150 GeV: elektroschwacher Phasenübergang t ∼ 10−35 s, T ∼ 1015 GeV: Inflation, GUT t ∼ 10−43 s, T ∼ 1019 GeV: Planck Ära Zusammenfassung WMAP5 Bestimmung der Baryonendichte CMB-Fluktuationen WMAP5 Ωb h2 = 0.02273 ± 0.00062 D: Yp D η10 = 5.7 ± 0.3 Ωb h2 = 0.021 ± 0.001 Yp : η10 = 5.7±1.4 1.1 Ωb h2 = 0.021±0.005 0.004 (setzt D-Häufigkeit voraus) Zusammenfassung Inflation Zu sehr frühen Zeiten gab es eine Phase exponentieller Expansion dominiert von ΩΛ . Ein Phasenübergang, bei dem die Vakuumsenergiedichte in normale Materie und Strahlung umgewandelt wird, stoppt die exponentielle Expansion. Zusammenfassung Lösung von Horizont- und Flachheitsproblem durch Inflation Horizont: Durch die inflationäre Phase kann der Horizont beliebig groß werden. Flachheit: Durch die enorme Ausdehnung während der Inflation wird jede ursprüngliche Krümmung ”weggeglättet”. Zusammenfassung Evidenz für Dunkle Materie ◮ Rotationskurven von Spiralgalaxien ◮ Masse von Galaxienhaufen ◮ Virial-Masse ◮ heißes Gas ◮ Gravitationslinseneffekt Zusammenfassung ”Direkter” Nachweis Dunkler Materie - Der Bullet-Cluster blau: Massenkonzentration, rot: heißes Gas Zusammenfassung ΩΛ , SNIa und die beschleunigte Expansion Supernovae Ia bei z . 1 sind schwächer als sogar für ein leeres Universum erwartet. ⇒ Das Universum expandiert beschleunigt, also ΩΛ > 0 . Zusammenfassung Die kosmische Hintergrundstrahlung (CMB) Es gibt eine sehr isotrope kosmische Mikrowellenstrahlung, die einer perfekten Schwarzkörperstrahlung der Temperatur T0 = (2.728 ± 0.004) K entspricht mit Schwankungen der Größenordnung ∆T ∼ 10−5 K. Zusammenfassung Leistungsspektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung Zusammenfassung Modellabhängigkeit des Fluktuationsspektrums Zusammenfassung Hubble-Konstante v = z · c = H0 · D Zusammenfassung Cepheiden δ Cephei Sterne (klassische Cepheiden): junge, sehr helle, veränderliche Sterne Perioden-Leuchtkraft-Beziehung: Zusammenfassung Extragalaktische Entfernungsbestimmung: Entfernungsleiter ◮ Cepheiden ◮ Supernovae Ia ◮ Fluktuationen der Flächenhelligkeit von Galaxien ◮ Tully-Fisher-Relation ◮ ... “Hubble Key Project”: Eichung der Entfernungsleiter bis zum Coma-Haufen z = 0.023 D ≈ 90 Mpc =⇒ H0 = (72 ± 8) km s−1 Mpc−1 Zusammenfassung Die kosmologischen Parameter ◮ Hubble-Konstante H0 ≈ 70 km s−1 Mpc−1 ◮ Beitrag der Baryonen zur Gesamtdichte Ωb /Ωm ≈ 0.15 ◮ Baryonendichte Ωb ≈ 0.047 ◮ Materiedichte Ωm ≈ 0.3 ◮ Vakuumenergie ΩΛ ≈ 0.7 ◮ Weltalter t0 ≈ 13.75 · 109 yr
