Kein Folientitel

Vom Anfang und Ende des
Universums
Wolfgang Hillebrandt
MPI für Astrophysik
Garching
Göttingen, 10. Februar 2009
Worüber ich nicht sprechen will ….
Das ,,neue” kosmologische Weltbild ….
Das ,,neue” kosmologische Weltbild ….
Das ,,neue” kosmologische Weltbild ….
…. und wie alles
begann ….
Kosmologischer Hintergrund
- Λ gµν???

Einstein’sche Feldgleichungen
Wie kann man den Kosmos ,,vermessen”?


Durch die Messung von Abständen
und/oder
durch die Messung von Winkeln.
Entfernungsmessungen:
Unsere kosmische Nachbarschaft:
(1 Lichtjahr = 9,46 Billionen km!)
Astronomie: Blicke in die Vergangenheit!
Galaktisches Zentrum:
Auf der Erde lebten
Neandertaler
Andromeda-Galaxie:
Die Alpen entstehen
Der Coma-Haufen:
Der Archeopterix
flog
Methoden für kosmische Entfernungsmessungen
1. Die Paralaxe
Methoden für kosmische Entfernungsmessungen
1. Die Paralaxe
2. Die “Standardkerze”
3. Geeichte Standardkerzen: variable Sterne
4. Der Doppler-Effekt
Wenn sich ein Stern oder ein
Galaxie von uns wegbewegt:
Das Licht erscheint
rot-verschoben!
,,Hubble-Gesetz”
v
Ein “modernes” Hubble-Diagramm
Leuchtkraftabstände (ersetzt 1/r2 – Gesetz):
1
z


2
(1  z )c 



3(1 wi )
2



DL 
S     (1  z )   i (1  z )
 dz 
H 0  
i

0


• mit
 k  1   i
i
und
pi
wi 
2
ic
wM= 0 (Materie)
wR= ⅓ (Strahlung)
w= -1 (Kosmologische Konstante/Vakuum)
Mittlerer Abstand
zwischen den
Galaxien
M = 0
Offen
M < 1
M = 1
Geschlossen
schwächer
M > 1
Rotverschiebung
- 14
-9 -7
Milliarden Jahre
heute
Zeit
Supernovae als Standardkerzen?
Supernova (SN) 1604 (“Keplers Supernova”)
Was ist eine (Typ Ia) Supernova?
Supernovae in entfernten Galaxien
Lichtkurven von gut beobachteten SNe Ia
Gemessen
H
E
L
L
I
G
K
E
I
T
Zeit nach dem Maximum in Tagen
Lichtkurven von gut beobachteten SNe Ia
“Kalibrierte”
Lichtkurven
H
E
L
L
I
G
K
E
I
T
Zeit nach dem Maximum in Tagen
Das Hubble-Diagramm für nahe Supernovae
(dunkel)
Scheinb.
minus
absolute
Größe
(hell)
(nahe)
,,Rotverschiebung”
(fern)
Sehr weit entfernte Supernovae
Supernovae
sind sehr
selten, ca. 1
SN pro 100
Jahre und
Galaxie.
Man muß sehr
viele Galaxien
beobachten!
Suchstrategie:
1. Wiederholtes
Scannen eines
Feldes.
2. Elektronisches
Auslesen der
Daten.
3. Nachfolgebeoachtungen.
Supernovae
werden
heute bei
Rotverschiebungen von
Z > 0,1
routinemäßig
entdeckt!
Die Ergebnisse
Supernovae, die weit weg sind, also
explodierten, als das Universum etwa halb so
alt war wie heute (vor bis zu 8 Milliarden
Jahren), sind etwas lichtschwächer als sie es
sein sollten.
→ Sie sind weiter von uns entfernt als eine
,,normale” Kosmologie erlaubt.
→ Das Universum expandiert (heute)
beschleunigt ! Warum???

Beschleunigte
Expansion !
Mittlerer Abstand
zwischen den
Galaxien
M = 0
Offen
M < 1
M = 1
Geschlossen
schwächer
M > 1
Rotverschiebung
- 14
-9 -7
Milliarden Jahre
heute
Zeit
209 SNe Ia und Mittelwerte
“Flaches”
Universum mit
Beschleunigung
“Leeres”
Universum
“Geschlossenes” Universum
Die ,,Dunkle Energie’’



,,Kosmologische Konstante” (oder eine andere
Modifikation der Allgemeinen Relativitätstheorie)?
Energie des (Quanten-)Vakuums ?
Ein neues unbekanntes Energiefeld ?
Das Vakuum
wirkt wie ein
Gas mit
negativem
Druck!
Kosmologie
und Typ Ia
Supernovae
Galaxiensurveys
Kosmologische Konstante = Vakuumenergie?
Supernovadaten
Die
“Zustandsgleichung”
des Universums:
p = wρ
ä ~ (ρ + 3p)
w ‹ -1/3 :
Beschleunigung!
Was ist also die Zukunft des Universums?
Was ist also die Zukunft des Universums?
Hängt von der Natur der Dunklen Energie ab !
Ein unabhängiger Test:
Der kosmische Mikrowellen-Hintergrund
George Gamow (1946): Es gibt ~400 Photonen pro Kubikzentimeter
Arno Penzias und Robert Wilson: Zufällige Entdeckung 1964
Der kosmische Mikrowellen-Hintergrund
300000 J
Vor der Rekombination:
Das Universum is
undurchsichtig.
Nach der Rekombination:
Das Universum ist
durchsichtig.
109 J
heute
Übergang ~300 000
Jahre nach dem Urknall!
Oberfläche der “letzten Streung”
transparent
undurchsichtig
Nobel-Preis für Physik 2006 für COBE:
John Mather
George Smoot
Können wir den “Klang” des Universums
“sehen”?
Komprimiertes Gas erwärmt sich
 Temperaturfluktuationen
Der Himmel im “Licht” der 2,7° K Strahlung
(nach WMAP)
Die Interpretation der Daten
Interpretation der
Daten:
Geometrie des Universums:
“flach” (Euklidisch)
“Dunkle Energie”:
~73%
“Dunkle Materie”:
~23%
Baryonen:
~4%
Alter des Universums:
~13,7 Milliarden Jahre
(Fehler < 2% !!!)
Was sind die möglichen Fehler?
“Statistisch”?
“Systematisch”?
Laufende und zuküftige Projekte
SN Projekte
SN Factory
Carnegie SN Projekt
ESSENCE
CFHT Legacy Survey
Hohe-z SN Suche
(GOODS)
JDEM/SNAP
(Supernova
Acceleration
Probe)
Weitere Projekte: EUCLID (ESA)
 1,2m –Teleskop (in
L2)
 Sichtbar/NIR
 Himmelsdurchmusterung
 Galaxien und
Haufen von Galxien
Weitere Projekte: JDEM
(SNAP /ADEPT/DESTINY) (NASA/DOE)
 1,5m –Teleskop (in
L2)
 Sichtbar/NIR/IR
 Himmelsdurchmusterung
 Supernovae,
Galaxien und Haufen
von Galxien
ZIEL:
Was ist die Natur der dunklen
Energie?
Mittlerer Abstand
zwischen den
Galaxien
M = 0
Offen
M < 1
M = 1
Geschlossen
schwächer
M > 1
Rotverschiebung
- 14
-9 -7
Milliarden Jahre
heute
Zeit
“Es gibt eine Theorie, die behauptet:
Sobald irgend jemand herausfindet, was genau es
mit dem Universum auf sich hat, und warum es
hier ist, verschwindet es sofort und wird durch
etwas ersetzt, das noch bizarrer und
unerklärlicher ist.”
“Es gibt eine andere Theorie die sagt, das habe
bereits stattgefunden.”
Douglas Adams