Kein Folientitel - 1. Institut für Theoretische Physik
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Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am 14.01.2005: Kosmologie: Beobachtungsbefunde (bei optischen Wellenlängen, d.h. im Sichtbaren) a) Wert der Hubble-Konstanten aus d -Cepheiden-Beobachtungen in benachbarten Galaxien (bis z ~ 0,006, d.h. ~ 25 Mpc) b) Werte der kosmologischen Parameter aus Beobachtungen von Typ Ia Supernovae in weit entfernten Galaxien (bis z = 1,7) In welchem Universum leben wir? Gehalten von Dirk Meyer in Vertretung für: Günter Wunner Institut für Theoretische Physik Universität Stuttgart Die Anfänge der Teleskopie 1608 Erste schriftliche Erwähnung eines Fernrohrs 2. Oktober: Augenglasmacher Lippershey bietet formell Holland seine Erfindung „kijker“ zur Verwendung bei der Kriegsführung an (Typ: Opernglas) 1610 Erste astronomische Anwendung 7. Januar bis 2. März: Galileo beobachtet Mond, Milchstraße, Sonnenflecken, entdeckt Jupitermonde, „ Sidereus Nuntius“ 1611 Keplersches Fernrohr Klassischer Refraktor, große Baulänge, Scheiner 1613 1704 Reflektor System Newton Sir Isaac Newton veröffentlicht erstmals das Konzept eines ... Spiegelteleskops, erste Idee bereits 1668 1918 Das Hooker-Teleskop und Edwin Hubble 2,5-m-Teleskop wird am Mt. Wilson Observatorium in Pasadena in Betrieb genommen Hubble misst in den 1920-igern Geschwindigkeiten v (spektrale Rotverschiebung) und Entfernungen d (Helligkeiten) von Galaxien, legt Grundstein für das Konzept eines expandierenden Universums Problem erdgebundener Teleskope: Auflösung durch Turbulenz der Erdatmosphäre auf 0,5 - 1 Bogensekunden beschränkt 1923 Konzept eines Weltraum-Teleskops Hermann Oberth spekuliert als Erster über die Möglichkeit von Teleskopen in der Erdumlaufbahn Meilenstein der optischen Astronomie: Das Hubble-WeltraumTeleskop: Unser Auge im All Seit 1993 liefert das Hubble-Teleskop atemberaubende Bilder aus dem Universum und revolutioniert das wissenschaftliche Weltbild. 1977 Kongress bewilligt die Mittel zum Bau des Weltraum-Teleskops Benennung zu Ehren von Edwin Hubble 1990 Hubble Weltraum-Teleskop im All 24. April: Start mit Space Shuttle Discovery 25. April: in der Umlaufbahn ausgesetzt 25. Juni: Sphärische Aberration in Hubbles Primärspiegel entdeckt Beschluss des Baus einer komplizierten Korrekturoptik für Hubble aus 5 optischen Spiegelpaaren 1993 Service Mission 1 (SM1) 2. Dezember: Start Space Shuttle Endeavour, Installation der Korrekturoptik Ersatz von WFPC durch WFPC2 1997 Service Mission 2 (SM2) 11. Februar: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz von GHRS durch NICMOS 1999 Service Mission 3 (SM3a) 19. November: Safe Mode nach Ausfall des 4. Gyroskops 19. Dezember: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz der Gyroskop-Sensor-Einheit Installation neuer Computer, Hauptkundendienst 2002 Service Mission 3 (SM3b) 1. März: Start Space Shuttle Columbia, Installation von ACS (Advanced Camera for Surveys) Ersatz von Sonnenzellen 2004 Das Aus für Hubble 16. Januar: Absage aller weiteren Service-Missionen in der Folge des Columbia-Unglücks am 1.2.2003 Das Hubble-Weltraum-Teleskop Länge: 13 m Durchmesser: 4 m Masse: 11 Tonnen Energiebedarf: 2,8 kW Hauptspiegel: 2,4 m Sekundärspiegel: 0,3 m Auflösung: 1/20 ‘‘ Grenzhelligkeiten: 30 m Drei Kameras Diverse Spektrometer Frequenzbereich: Ultraviolett - Infrarot l = 115 - 2500 nm Von der Erde Vom Hubble-Teleskop Supernova 1994D (Typ Ia) in NGC 4526 , 60 Millionen Lichtjahre 3 Millionen Lichtjahre M100, 56 Millionen Lj. d - Cepheiden Pulsationsveränderliche als Entfernungsindikatoren Perioden-Leuchtkraft-Beziehung: M V= a log (P/1 d) + b (a = - 3m , b = - 1m) (aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005) Messung: P ( M V) und m V, Entfernungsmodul M V - m V Das Hubble-Teleskop entscheidet die jahrzehntelange Debatte über den korrekten Wert der Hubble-Konstanten Ho = 70 mit CMB-Beobachtungen: +7 -7 km/s/Mpc Ho = 71 +4 -3 km/s/Mpc 1/Ho ~ 14 Milliarden Jahre Die kosmologischen Parameter Das kosmologische Dreieck q Kosmologie: Beobachtung Supernova Cosmology Project Perlmutter et al., Berkeley 1998 Science Breakthrough of the Year High-z Supernova Search Team Garnavich, Riess, Schmidt et al. Supernova Typ Ia als Standardkerzen zur Bestimmung der Entfernung Supernova Typ Ia: Weißer Zwerg nahe Chandrasekhar-Grenzmasse sammelt Gas von Begleiter, Masse überkritisch: explosive thermonukleare Zündung von C, Weißer Zwerg explodiert identische Ursache identische Wirkung: identische absolute Maximums-Helligkeit identisches zeitliches Abklingverhalten Vorteil des Hubble-Teleskops: Auflösung von SNExplosionen auch in größter Entfernung (z ~ 1 und z > 1) 8 Milliarden Jahre Ia 5 und 7 Mrd. Jahre 7 Milliarden Jahre Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen „Brighter is broader“ Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen Formel: M B,corr (0,86 0,21)( M 15,gemessen - 1,1) - (3,32 0,05) SN 1997 ff: SN 1997ff, 10 Milliarden Jahre 8 Milliarden Jahre (aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005) (1) W m 5, WL 0, positiv gekrümmt (3) W m 0, WL 0, negativ gekrümmt (jeweils heutige Werte) (2) W m 1, WL 0, flach (SCDM) (4) W m 0.3, WL 0.7, flach (ΛCDM) Das kosmologische Dreieck: Beobachtung WL ~ 0,7 q Wm ~ 0,3 Wq ~ 0 In welchem Universum leben wir also? Warum Wq = 0, flacher Raum ? Kosmische 2,7 Kelvin MikrowellenHintergrundstrahlung (bei z1000!)
