CMB

Kosmische Hintergrundstrahlung
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Chronologie der Entdeckung
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Ursprung der Hintergrundstrahlung
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Aktuelle Messmethoden: COBE, WMAP
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Was lernen wir daraus?
Georg Gamow
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
Chronologie einer Entdeckung
1947: Gamow veröffentlicht Theorie des Urknalls.
1949: Alpher, Gamow, Herman sagen 5K Hintergrund voraus.
1964: Penzias, Wilson entdecken Störgeräusche in
Hornantenne.
Robert Dicke, es gibt Strahlungshintergrund.
1965: Veröffenlichung der Messdaten von Penzias, Wilson
und kosmologischer Hintergrund von Dicke.
1978: Nobelpreis für Penzias, Wilson.
Entdeckung ist Beweis für Urknall-Theorie
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
Entdeckung der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung 1965
CMB (Cosmic Microwave Background)
Robert
Woodrow
Wilson
Arno Allan
Penzias
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
Ursprung der CMB
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379 000 Jahre nach Urknall
Protonen u. Elektronen fusionieren zu Wasserstoff:
Rekombination
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Photonen haben keine Streupartner mehr
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Universum wird transparent
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Temperatur 3000 K zum Zeitpunkt Rekombination
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Ursache von Anisotropien:
lokale Dichteschwankungen in “Ursuppe”
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Spektrum der CMB-Strahlung
Schwarzkörperspektrum nur Temperaturabhängig: eine Messung um
Spektrum zu extrapollieren aber Mehrere um zu zeigen, dass BlackBody!
Strahlungsspektrum von CMB: Schwarzkörperstrahlung bei 2,725 K
Problem bei ersten Messungen seit 1965:
nur langwelliger Mikrowellenbereich (Absorption durch Atmosphäre)
Seit 1975 Infrarot-Mess-Ballons in Stratosphäre:
Schwarzkörperspektrum bestätigt
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
CMB Messungen
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1965: Penzias und Wilson, Hornantenne, +/- 1K
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1983: IRAS Infrared Astronomical Satellite, nur 10 Monate
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1983-1984: RELIKT (700 000 km)
Winkelauflösung 5,5°
Temperaturauflösung 0,6 mK
Dipolanisotropie
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1989-2001: COBE Cosmic Background Explorer, +/- 0,001mK
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seit 2001: WMAP Wilson Microwave Anisotropy Probe
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
COBE-Daten
Messinstrumente an Bord:
Diffuse Infrared Background Experiment
Differential Microwave Radiometer
Far Infrared Absolute Spectrophotometer
COBE-Daten bei untersch.
Temperaturauflösungen
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DMR
FIRAS
WMAP-Daten
45x Temperaturauflösung
33x Winkelauflösung von COBE
Seit 2001 im L2-Lagrange-Punkt
5 versch. Frequenzbänder
WMAP-Ergebnisse der Frequenzbänder
werden überlagert:
Herausfiltern der Galaxiestrahlung
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Vergleich der Messungen
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
Bedeutung der CMB
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erstes Licht im Universum, heute noch messbar
Rückschlüsse auf Zeit kurz nach Urknall: Dichte, Temperatur
Rotverschiebung: Rückschluss auf Alter 13,7 Mrd. Jahre
Geringe Anisotropien: Dichte-Schwankungen im Plasma,
Entstehung von Sternen und Galaxien
Rückschlüsse auf Verteilung von sichtbarer / dunkler Materie
dunkler Energie
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Offene Fragen
Problem der Polarisation:
nach WMAP-Daten 17% CMB polarisiert
durch Streuung an ionisiertem Gas einige 100
Mio. Jahre nach Urknall.
bisherige Annahmen:
H und He durch Strahlung erster Sterne
ionisiert (Reionisation)
laut Theorie ca. 1 Mrd. Jahre nach Urknall
entstanden.
daraus aber nur 4% ionisierte CMB.
keine Anisotropien bei großen Winkelbetrachtungen
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner
Literaturangaben
• Matts Roos, Introduction to Cosmology (3. edition 2003)
• Wim de Boer, Michael Knopf, Einführung in die
Kosmologie (Skript 2001)
• http://map.gsfc.nasa.gov
• Spektrum der Wissenschaft, Ausgabe Mai 2004
Kosmische Hintergrundstrahlung, 03.12.2004, Barbara Peissner