Kosmologie - I. Physikalisches Institut B RWTH Aachen

RWTH-AACHEN
I. Physics Institute B
Sommerfeldstr. 14
D-52074 Aachen
Dunkele Energie - Neue Experimente auf Teilchen- und
Astroteilchenphysik
Kosmologie
Qi Zhang
16. April 2007
Betreuer Prof. Dr. W. Wallraff
1
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
3
2 Standard-Modell
2.1 Rotverschiebung und Hubble-Konstante
2.2 Die Metrik des gekrümmten Raums . . .
2.3 Energiebilanz und kritische Dichte . . .
2.4 Zeitliche Entwicklung der Energiedichte
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4
4
5
6
8
Mikrowellen-Hintergrundstrahlung
Entstehung und Entdeckung CMBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Horizontproblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inflation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
9
9
10
3 Die
3.1
3.2
3.3
4
Nukleonsynthese
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10
5 Zusammenfassung
12
6 Literatur
12
2
1
EINFÜHRUNG
1 Einführung
Mit der Kosmologie beschätigen die menschheit mit dem Ursprung und der Entwicklung
des Universums. Die physikalische Kosmologie versucht, das Universum nach physikalichen
Gesetzen zu beschreiben. Zu Anfang des 20.Jahrhundert glaubten die Wissenschaftler an
eines statische Weltall. Aus Hubbles Entdeckung lässt sich jedoch auf eine Expansion des
Universums schliessen. Die Annahme der unveränderlichen Verteilung der Sterne musste daher
aufgegeben werden. Hubbles Entdeckung hatte die moderne Kosmologie gegründet und auch
ein Standard-Modell dem Universum gegeben,das Urknall-Modell, die Grundlage davon: Das
Universum hat sich aus einer heissen,dichten Ursuppe hin zu heutigen Zustand mit Sternen,
Galaxien und Strahlungen entwickelt. Die Dynamik des expandierenden Universums wird im
Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) durch die Massendichte als Lösungen der
Einstein-Gleichungen beschrieben. Zum Beweis des Urknall-Modells gibt es einige, drei davon
sind als Stützpfeiler für Urknall-Modell zu betrachten.
• Die über die Rotverschiebung von Spektrallinien gemessenen Fluchtbewegungen von
Galaxien, aus der Hubble die Expansion des Universums schloss.
• Die kosmische Hintergrundstrahlung (3 Kelvin-Strahlung), die als die vom Urknall überiggebliebene und durch die Expansion abgekühlte Strahlung vorhergesagt (Gamov
1948) und auch entdeckt wurde (Penzias und Wilson 1965)
• Die gemessene Häufigkeit der in den ersten vier Minuten nach dem Urknall erzeugten
leichten Elemente stimmt mit den Berechnungen nach dem Urknall-modell überein.
Abbildung 1: Die von WMAP-Satelliten gemessenen Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung in der Grössenordnung 105 K bei einer mittleren Temperatur von 2.73K. Die Daten sind mit einer
Winkelauflösung von 0.5o aufgenommen worden
Eines der spannensten Resultate der CMB(cosmic microwave background)-Mission ist die
Erkenntnis, dass zu der Energie- bzw. Massendichte des Universums die uns vertraute ’ baryonische Materie ’ mit nur etwa 4 bis 5% beiträgt, wovon auch nur 1/4 durch Leuchten
sichtbar ist. Der Rest ist :Dunkle Materie: und :Dunkle Energie: siehe Abbildung 2
3
2
STANDARD-MODELL
Abbildung 2: Die durch die CMB-Messungen bestimmten Anteile an der Energie- bzw. Massendichte
des Universums
Die Dunkle Energie übt einen negativen Druck, entsprechend einer Anti-Gravitation, aus
und führt deswegen zu einer beschleunigten Expansion des Universums. Diese Expansion
kann bislang durch die Beobachtungen von Supernovae mit grosser Rotverschiebung bewiesen
werden.
2 Standard-Modell
Die Allgemeinen Relativitätstheorie ist so genannte Theorie der Gravitation, bei deren Entwicklung hatte der Einstein noch angenommen, dass sich das Universum statisch ist. Später
hielt er es als ’ grösste Eselei ’ seines Lebens. Mit der Entdeckung durch Hubble im 1929,
dass sich das Weltall ausdehnt, ist das Urknall-Modell zum Standard-Modell der Kosmologie
geworden.
2.1 Rotverschiebung und Hubble-Konstante
Von der Erde aus gesehen sind die Wellenlänge aus anderen Galaxien rotverschoben. Der Edwin Hubble entdeckte 1929 durch mehrere Messungen, dass die Rotverschiebung aus derselben
Galaxie sogar auch immer grösser wird. Er betrachtet diese Beobachtung als Dopplereffekt
und geht davon aus, dass sich alle Galaxien mit einer Geschwindigkeit v von uns fortbewegen.
Die Beziehung zwischen der Fluchtgeschwindigkeit v einer Galaxie und ihrem Abstand r wird
durch das Hubble-Gesetz beschrieben.
∆λ
v
z=
'
(1)
λ
c
v = H(t) · r
(2)
Diese Beziehung besagt, dass die Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien mit der zunehmenden
Entfernung anwächst. Die zeitabhängige Grösse heisst Hubble-Parameter, die als Expasionsrate des Universums betrachtet wird. Ihr heutiger Wert lässt sich durch H0 =H(t0 ) darstellen. Diese Grösse ist die bekannte Hubble-Konstante. Durch das Hubble-Weltraumteleskop
können zur Zeit die Rotverschiebung auch sehr ferner Galaxien (r > 5 · 109 Lichtjahre) gemessen werden. Der heute allgemein verwendete Wert für die Hubble-Konstante ist:
H(t0 ) = H0 ' 74 ± 4 km s−1 Mpc−1
(3)
Wobei Mpc (Megaparsec) eine astronomische Längeneinheit ist,und 1 Parsec entspricht 3, 086·
1016 Meter
4
2.2
Die Metrik des gekrümmten Raums
2
STANDARD-MODELL
2.2 Die Metrik des gekrümmten Raums
Die Dynamik der Expansion des Universums lässt sich durch Allgemeinen Relativitätstheorie
darstellen. Der Einstein beschreibt die Gravitation durch die Geometrie des Raumes. Ein
dreidimensionaler Raum positiver, konstanter Krümmung kann als Oberfläche einer Kugel
vierdimensionalen Raum angesehen werden:
x21 + x22 + x23 + x24 = R2
(4)
Die zweidimensionale Oberfläche einer Kugel im dreidimensionalen Raum hat keine Begrenzung, aber trotzdem eine endliche Fläche. Im Analogie dazu hat der durch (4) dargestellte
Raum keine Begrenzung, aber ein endliches Volumen. Die Koordinaten x1 , x2 undx3 können
wir im Kugelkoordinaten ausdrücken, damit ist x4 festgestellt:
x24 = R2 − x21 + x22 + x23 = R2 − r2
(5)
r = R sin ψ
(6)
Die Fläche r = const beschreibt eine zweidimensionale Kugeloberfläche in einem dreidimensionalen Raum mit der gewohnten Oberfläche 4πr2 , aus (6) ergibt sich dann:
q
p
dr = R cos ψdψ = R 1 − sin2 ψdψ = R 1 − (r/R)2 dψ
(7)
Das Linienelement auf der dreidimensionalen ’ Kugeloberfläche’ ist:
dl2 = dx21 + dx22 + dx23 + dx24 = dlψ2 + dlθ2 + dlϕ2
= R2 [dψ 2 + sin2 ψ(dθ2 + sin2 θdϕ2 )]
(8)
Mit der Gleichung (7) lässt sich die Koordinate ψ eliminieren und man erhält:
dl2 =
dr2
+ r2 (dθ2 + sin2 θdϕ2 )
1 − r2 /R2
(9)
Wir reskalieren das Linienelement nun mit dem Faktor R2 und führen eine Krümmung k ∝
1/R2 ein, mit k ∈ {−1, 0, +1}
dl2 = R2 (
dr2
+ r2 (dθ2 + sin2 θdϕ2 ))
1 − kr2
(10)
Der Vorzeichenfaktor k charakerisiert die Geometrie der Räume konstanter Krummung. Der
beschreibt das Expansionsverhalten des Universums, Rr ist der physikalische radius, r der
Koordinatenradius und k/R2 die Raumkrümmung. Damit wurde die gesamte Dynamik der
Expansion des Universums in die Zeitabhängigkeit des Skalenfaktors R = R(t) gesteckt.
Bewegt man sich in Richtung des Urknall so gilt: R → 0 und alle Abstände werden klein:
dl → 0. Das Volumen skaliert mit R3 :
V = 2π 2 R3
(11)
In Abständen r gemessen bleiben alle Strukturen gleich, das Universum skaliert nur. Das
vollständige Robertson-Walker-Linienelement lautet:
ds2 = c2 dt2 − R(t)2 (
dr2
+ r2 (dθ2 + sin2 θdϕ2 ))
1 − kr2
Für sehr grosse Krümmungsradien R r ergibt sich die Minkowski-Metrik.
5
(12)
2.3
Energiebilanz und kritische Dichte
2
STANDARD-MODELL
2.3 Energiebilanz und kritische Dichte
Ohne Allgemeinen Relativitätstheorie können wir die Entwicklung des Universums mit dem
Energieerhaltungssatz betrachten. Man kann sich das Aufblasen eines Luftballons vorstellen,
ein kugelförmiges Ballon(wird folgt als Kugel genannt), dessen Radius R beträgt, wenn ein
Beobachter im Zentrum steht, dann kann er sehen, dass sich alle Galaxien beim Aufblasen
von ihm wegbewegen, dabei ändert sich der Radius R selbständlich auch. Wir nehmen an,
alle Galaxien in der Schale eine Masse m = 4πR2 dRρs besitzen wobei ρs die Massendichte
in der Kugelschale ist. Für den Beobachter haben die Galaxien in der Kugelschale in diesem
Fall eine Fluchtgeschwindigkeit
Ṙ = v(R) = H · R
(13)
Diese Abhängigkeit der Fluchtgeschwindigkeit vom Radius haben wir in letztem Abschnitt
gesehen (H = HubbleKonstante). Die kinetische Energie der Galaxien in der Kugelschale ist:
1
1
Ekin = mv 2 = mH02 r2
2
2
(14)
Ihre potentielle Energie wird durch die Gravitationskraft von allen Galaxien innerhalb des
Ballons verursacht, wir erhalten dann:
Epot = −G ·
m · M (r)
r
(15)
Die gesamte Energie bträgt:
1
m · M (r)
Eges = Ekin + Epot = mH02 r2 − G ·
2
r
(16)
Dabei ist G Gravitationskonstante und
4
M (R) = πR3 ρ
3
(17)
die Masse innerhalb der Kugel. Diese setzt man in die Gleichung (16) ein und daraus ergibt
sich
1
8πGρ
) = const
(18)
E = mR2 (H 2 −
2
3
Mit diesem Energieerhaltungssatz erhält man bei dem Gleichgewicht der Energie (Eges = 0)
eine kritische Dichte, die theoretisch die mittlere Dichte unseres Universums entspricht:
ρc =
3H 2
= 0, 94 · 1026 kg/m3
8πG
(19)
Das Expansionsverhalten des Universums hängt also von seiner massendichte ab. Die kritische
Dichte liegt bei etwa einem Proton pro Kubikmeter Raumvolumen. Ist der Wertgringer. Wir
betrachten nun ein Probeteilchen auf der Kugelschale. Es erfährt wärend der Expansion die
Beschleunigung
M
4πG
r̈(t) = −G 2
=−
ρ(t)r(t)
(20)
r (t)
3
Die Dichte innerhalb der Kugel skaliert mit dem inversen Volumen
ρ(t) = ρ0 ·
6
r0
r(t)
(21)
2.3
Energiebilanz und kritische Dichte
2
STANDARD-MODELL
r0 ist ein referenzradius zum Zeitpunkt t0 . wir definieren R(t) = r(t)/r0 als Verhältnis der
Radien der Kugel zu einem beliebigem Zeitpunkt t und zur Referenzzeit t0 .Dann gilt:
4π
1
Gρ0 2
3
R
Durch Umformen und Integration erhält man die Friedmann Lemaitre-Gleichung:
R̈(t) = −
(22)
Ṙ
8πGρ
c2
H(t) = ( )2 =
−k 2
(23)
R
3
R
k ist einen dimensionlosen Parameter, den wir als Integrationskonstante erhalten. In einer
allgemeinen Herleitung wird der mit dem k im letzten Abschnitt identifiziert. Nun suchen
wir eine Beziehung zwischen k und kritische Dichte ρ − c. Wir definieren das Verhältnis von
Dichte und kritische Dichte als:
ρ
Ω=
(24)
ρc
Die verschiedene Lösungen von Friedmann-Gleichung hängen von verschiedenen Ω ab, die
wie folgende Abbildung dargestellt werden Wenn man ρ = Ω · ρ0 in die Friedmann-Gleichung
Abbildung 3: Zeitabhängigkeit des Skalenparameters R(t) für verschiedene Dichten relativ zur kritischen Dichte
einsetzt, erhält man:
c2
(25)
R2
das heisst, das Vorzeichen von k hat auch drei Möglichkeit, wie wir im letzten Abschnitt schon
mal gesehen haben. Die sind auch drei Szenarien für die Entwicklung des Universums.
H 2 (Ω − 1) = k
• k=+1: Das Universum ist schlossen, das heisst die Massendichte ρ ist so gross, dass
die Gravitation die Expansion abbremst und das Universum wieder kollabiert, irgendwann strürzt alles in einen einzigen Punkt zusammen, dann wäre ein neues Universum
geboren.
• k=0 Das Universum ist flach, die Metrik ist euklisch. Die Expansionsgeschwindigkeit
nimmt ab, es gibt keine Umkehr der Bewegung.
7
2.4
Zeitliche Entwicklung der Energiedichte
2
STANDARD-MODELL
• k=-1 Das Universum ist offen, die Massenenergie ist kleiner gegenüber der kinetischen
Energie, das Universum dehnt unendlich aus.
Abbildung 4: Die drei mögliche Dichten entsprechen in der Metrik die drei Raumformen
2.4 Zeitliche Entwicklung der Energiedichte
Die Strahlung und Materie müssen thermodynamische Zustandsgleichung erfüllen. Die Ennergieänderung in einem Volumenelement ist gleich dem negativen Produkt aus Volumenänderung und Druck:
d(ρR3 )c2 = −pd(R3 )
(26)
Wir betrachten zwei Grenzfälle für die Zustandsgleichung p = p(ρ)
• Strahlungdominierte Phase: kurz nach dem Urknall war das Universum dicht und
heiss. Die Teichenenergien waren gross gegenüber den Massen. Die Zustandsgleichung
für so ein relativistisches Gas ist:
1
p = ρc2 =⇒ ρ ∝ R−4
3
(27)
• Materiedominierte Phase: Heute übt die kalte, geklumpte materie keinen Druck aus.
Die Zustandsgleichung ist annähernd
p = 0 =⇒ ρ ∝ R−3
(28)
Für ein flaches Universum (k=0) erhält man als Lösung der Friedmann-Gleichung:
1
R(t) ∝ t 2 ←→ StrahlungdominierteP hase
2
R(t) ∝ t 3 ←→ M ateriedominierteP hase
(29)
Man sieht, dass der Skalenparameter R(t) nicht linear mir der Zeit wächst, sonder früher
langsamer, jetzt schneller.
8
3
DIE MIKROWELLEN-HINTERGRUNDSTRAHLUNG
3 Die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung
Wir haben in der Einführung gesehen, dass die Entdeckung der kosmischen MikrowellenHintergrundstrahlung oder Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) auch als eine
Beleg für die Urknalltheorie gilt. Da deren Intensitätsverteilung dem Intensitätsprofil des
schwarzen Körpers perfekt entspricht bei Temperatur 2,7K, lassen sie sich auch als 3KHintergrundstrahlung nennen.
Abbildung 5: Das Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung gemessen mit dem FIRAS-Detektor
auf dem COBE-Satelliten. Die Kurve ist das angepasste Schwarzkörperspektrum
3.1 Entstehung und Entdeckung CMBR
Im frühen strahlungs-dominierten Universum sind Materie und Strahlung chemisch gekoppelt.
Etwa 1000,000 Jahre nach dem Urknall sind Strahlung- und Materiedichte gleich. Zu dieser
Zeit haben sich Strahlung und Materie voneinander entkoppelt und getrennt voneinander
entwickelt. Die Kosmische Hintergrundstrahlung entstand, als die Materie soweit abgekühlt
war, dass sie vom ionisierten in den neutralen Zustand überging. Protonen und Elektronen
vereinigten sich zu elektrisch neutralen Wasserstoff, dieser Vorgang wir als ’ Rekombination ’
bezeichnet. Dadurch, dass nun immer mehr Elektronen gebunden waren, wurde die mittlere
freie Weglänge λ der Photonen grösser. Die Photonen entkoppelten sich von der Materie. Kerne und Elektronen kondensieren zu stabilen Atomen. Die Gravitation verstärkt Dichtefluktuationen und führt zur Bildung von Sternen und Galaxien. Die kosmische Hintergrundstrahlung
liefert einen weiteren Hinweis auf einen heissen und dichten Anfangszustand des Universums.
Breits in den 1940er Jahren wurde sie als Folge eines Urknalls vorhergesagt. 1964 entdeckten
Arno Penzias und Robert W.Wilson per Zufall diese Strahlungen tatsächlich, als die neue
empfindliche Antenne testeten.
3.2 Horizontproblem
Nach der Entdeckung der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung wurde das komDer hohe Grad
an Isotropie in der kosmischen Hintergrundstrahlung ist durch das kosmoloische Prinzip
bestätigt: Das Universum ist isotrop und homogen. Dann hatte man ein Problem entdeckt.
9
3.3
Inflation
4
NUKLEONSYNTHESE
Abbildung 6: Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung aufgenommen durch den Satelliten COBE, die Temperaturunterschiede (blaue und rote Bereiche betragen 10−3 Prozent
Der hohe Grad an Isotropie in der kosmischen Hintergrundstrahlung ist durch das StandardUrknall-Modell nicht zu erklären: Die Isotropie erstreckt sich über Bereiche, die zu der Zeit
als die kosmische Hintergrundstrahlung entstand, kausal nicht zusammen hängen konnten
Abbildung 7: Beobachter der kosmischen Hintergrundstrahlung enpfangen Signale aus Quelle, die 106
Lichtjahre voneinander entfernt waren, als das Universum etwas 105 Jahre alt war. Die Temperatur
der Strahlung, die aus solchen kausalgetrennten Breiche kommt, ist im wesentlichen die Gleiche, als
ob die voneinander wüssten
3.3 Inflation
Ein Erklärung bietet das Modell der Inflation: Nach diesem Modell hat das frühe Universum ein Stadium inlationärer Expantion durchlaufen. Wärend der kurzen inflationären Phase
wächst der Weltradius stark an, wobei der Horizont konstant bleibt. Als Ursache kommt eine
nicht verschwindende kosmologische Konstante in Frage, die eine ’Anti-Gravitation’ , also ein
Aufblähen des Raumes, bewirkt. Die Inflation-Modell ist bisher nur als einen spekulativen
theoretischen Ansatz zu betrachten, da die heutige Technologie ein Experiment dafür nicht
erlaubt.
4 Nukleonsynthese
Als primordiale Nukleosynthese bezeichnet man eine physikalische Theorie, die die Bildung
der ersten Atomkerne kurz nach dem Urknall beschreibt. Diese Theorie sagt das Verhältnis
10
4
NUKLEONSYNTHESE
von Helium und Wasserstoff voraus. Diese Voraussage stimmt mit den heutigen Messwerten
sehr gut überein und wird auch als ein wesentlicher Erfolg des Urknall- Modells betrachtet.
Wir beginnen bei 0.02 Sekunde nach dem Urknall. Die Nukleonen haben sich gebildet und
es gibt ein Gleichgewichtverhältnis von Protonen und Neutronen. Dieses Gleichgewicht wird
durch die schwache Wechselwirkung über folgende Reaktionen aufrechterhalten.
p + e− ←→ n + νe
p + ν¯e ←→ n + e+
(30)
Die Reaktionsrate von den ist:
Γ v G2F T 5
(31)
Bei 1s nach dem Urknall. Die thermische Energie im Universum ist von die 10MeV auf 1MeV
gesunken, die Neutrinos beginnen wegen der geringen Reeaktionsrate zu entkoppeln. Der
quantitative Vergleich mit der Expansionsrate H v 1/t v T 2 ergibt, dass die Raten bei
0.8MeV gleich sind. Deren Verhältins ist:
Γ
kT
≈(
)2
(32)
H
0.8M eV
Offensichtlich wenn die beide Raten gleich sind, muss die thermische Energie 0.8MeV entsprechen, umgerechnet in Temperatur T = 101 0K. Wenn die Temperatur weiter sinkt, beginnt
das n/p verhältnis vom Gleichgewicht abzuweichen(ausfrieren). Das n/p verhältnis ist bei der
Ausfriertemperatur Tf durch die Boltzmann- Verteilung gegeben:
nn
4m
= exp(−
) ≈ 0.02
np
kTf
(33)
Dieses verhältnis ändert sich nach dem Ausfrieren ddurch den Zerfall der Neutronen oder
deren Einbau in Kerne.
n −→ p + ν¯e + e−
(34)
Wir betrachten das weitere Schicksal der Neutronen. Die können mit dem Protonen Deuterium
bilden,
n + p −→ d + γ
(35)
das allerdings bei Temperaturen oberhalb T=109 K schnell wieder im Umkehrprozess dissoziiert, weil die Photonendichte etwa 109 mal höher als die Nukleoendichte ist. Unterhalb dieser
Temperatur kann das Deuterium Helium-3 und Tritium bilden:
d + d −→3 He + n
3
d + p −→ He + γ
3
d + n −→ H + γ
(36)
(37)
(38)
Die gebildete Helium-3 und Tritium können weiter mit Deuterium Helium-4 Bilden:
3
3
H + d −→4 He + n
H
He + d −→ 4 e + p
(39)
(40)
Durch den Neutronzerfall(etwa 15 Minuten) ist zu diesem zeit das n/p Verhältnis auf einen
Endwert 1/7=0.14 abgesunken. Die Anzahl der gebildeten Helium-Kerne ist mit der Nährung:
nHe = nn /2 ⇒
0.14
nHe
=
≈ 0.08
nH
2(1 − 0.14)
11
(41)
6
LITERATUR
Der Anteil von Helium an den ImUrknall erzeugten Elementen ist also nach der Anzahl 8%
und nach dem Gewicht etwa 25%, der Rest 75% sind Wasserstoffkernen, die jeweils vom einen
Proton eingebaut sind.
5 Zusammenfassung
Nun haben wir die Funktionsweise der drei Stützpfeiler für Standard- Modell kennengelernt,
zum Schluss gucken wir noch mal die einzelnen Phasen der Expansion. Nach dem UrknallModell ergibt sich grob folgender Ablauf:
• Planck-Ära: bis 10−43 s, alle vier Kräfte noch vereint
• Inflationäre Phase: endet nach 10−33 sbis10−30 s; extreme Expansion um einen Faktor
zwischen 1030 und1050
• Quark-Ära: bis 10−7 s; es bilden sich Quarks, Leptonen und Photonen; das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie entsteht in der Baryogenese
• Hadronen-Ära: bis 10−4 s; Protonen, Neutronen und deren Antiteilchen entstehen; au§erdem
Myonen, Elektronen, Positronen, Neutrinos und Photonen
• Lepton-Ära: bis 10 s; Myonen zerfallen, Elektronen und Positronen zerstrahlen
• Primordiale Nukleosynthese: bis 3 min; Wasserstoff, Helium, Lithium entstehen
• Strahlungs-Ära: ca. 300.000 Jahre
• Materie-Ära: bis heute; Universum wird durchsichtig, Galaxien entstehen
Die derzeit grösste Herausforderung an die kosmologische Theorie stellt heute aber wohl das
Missverhältnis zwischen beobachtbarer Materie und deren Verteilung sowie der beobachteten
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Universums als Ganzes dar. Die übliche Erklärung macht für
die nicht als elektromagnetische Strahlung beobachtbaren 75% der benötigten Materiedichte
dunkle Masse und dunkle Energie verantwortlich. Deren genaue Zusammensetzung ist heute
aber offen. Es wird jedoch vielfach unter Fachleuten vermutet, dass es sich dabei um die
von Kernteilchenphysikern unabhängig von der Kosmologie postulierten supersymmetrischen
Partner der bereits bekannten Elementarteilchen handelt. Sofern es diese gibt, dürften sie wohl
aufgrund der erwarteten Energieniveaus und der verfügbaren Teilchenbeschleuniger innerhalb
der nächsten 5 bis 10 Jahren zweifelsfrei nachgewiesen werden. Alternativ dazu wurde auch
eine Veränderung der Einsteinschen Gravitationsgleichungen vorgeschlagen.
6 Literatur
[1] Hermann Kolanoski: Einführung in die Astroteilchenphysik, Skript der Humboldt-Universität
Berlin
[2] Demtröder: Experimentalphysik 4 Kern-,Teilchen- und Astrophysik, Springer 1 1998
[3] Max Camenzind: Einführung in die Astronomie und Astrophysik, Skript der Universität
Heidelberg
[4] MichaelTreichel: Teilchenphysik und Kosmologie. Universität Heidelberg,2000
[5] Wikipedia, die freie Enzyklopädie , Physikalische Kosmologie
12