Das neue Weltbild der Kosmologie Was ist Dunkle Energie

1
Das neue Weltbild der KosmologieWas ist Dunkle
Energie?

• Bruno LeibundgutEuropean Southern Observatory

2

• Dunkle Energie klingt nach schwarzer Magie, und
  viel mehr steckt auch nicht dahinter.
• Max Rauner
• Die Zeit, Nr. 52, 16. Dezember 2004

3
Plan für die nächste Stunde

• Himmelsbeobachtung
• Teleskope, Instrumente, Strategien
• Das expandierende Universum
• Supernovae
• Das beschleunigte Universum

4
John Quincy Adams, der 6. Präsident der
Vereinigten Staaten, traf vor dem Kongress die
Feststellung, dass das Niveau der Kultur und
Zivilisation eines Landes am Zustand seiner
Sternwarten abgelesen werden könne. Die
Astronomie ist alles andere als eine abseitig
weltfremde Wissenschaft, für die man sie manchmal
glaubte halten zu müssen. Ihre enge Verbindung
mit allen Zweigen der Physik, Mathematik und
Geophysik und selbst mit vielen Gebieten der
modernen Technologie macht sie zu einem
integrierenden Teil der modernen Wissenschaft.
Otto Heckmann (1960)
5
Astronomie ist anders ...

• Keine direkte Experimente
• Laborexperimente können nur beschränkt die
  Bedingungen im Universum repräsentieren (e.g.
  Dichten, Skalen, Temperaturen, etc.)
• Informationsträger
• Photonen - elektro-magnetische Strahlung
• Neutrinos - bisher nur von zwei Objekten
  beobachtet

6
Die Erdatmosphäre
radio
optisch
7
Der beobachtbare Himmel
8
Die erleuchtete Erde
9
Paranal
10
(No Transcript)
11
Das Very Large Telescope (VLT) auf Paranal
12
(No Transcript)
13
In Riesenschritten ins Universum
14
Fundamente der Kosmologie

• Gravitationstheorie
• Einsteinsche Relativitätstheorie
• Isotropie
• Es gibt keine bevorzugte Richtung im Universum
• Homogeneität
• Es gibt keine bevorzugte Region
• (e.g. es gibt kein Zentrum des Universums)
• Anthropisches Prinzip
• Das Universum hat uns erzeugt

15
Einsteinsche Feld Gleichungen
16
(No Transcript)
17
Homogeneität
18
Isotropie
Der Mikrowellenhintergrund ist auf ein
Tausendstel gleichförmig
19
Expansion des Universums
Hubble 1936
20
Das Original Hubble Diagram
21
Ein modernes Hubble Diagram
22
Hinweise auf den Heißen Urknall

• Expansion
• Mikrowellen-Hintergrundsstrahlung
• Chemische Elementverteilung
• Entwicklung von
• Elementhäufigkeiten
• Galaxien
• Problem Alter des Universums ist nicht
  konsistent mit den ältesten Sternen

23
Was bedeutet das?
Das Universum ist flach!
24
Eine frühe Diskussion
25
Kein Astronom würde andererseits daran denken,
unsere vergleichsweise genauen Kenntnisse der
Planetenbahnen zu extrapolieren, um irgendeine
tiefere Einsicht in die Geschichte des
Sonnensystems zu gewinnen. Aber im Falle des
gesamten beobachtbaren Universums zögert man
nicht, sondern - verführt durch die künstliche
Einfachheit der formalen Seite des Problems -
extrapoliert man fröhlich und steht dann staunend
vor dem ungeheuren Getöse des Urknalls. Otto
Heckmann (1965)
26
Supernovae

• Extrem helle Sternexplosionen

27
Supernovae

• Extrem helle Sternexplosionen
• Wichtig für die Produktion von schweren
  chemischen Elementen

28
SN 1987A

• Hellste Supernova in etwa 400 Jahren
• Explodierte in der Grossen Magellansche Wolke
• Kontinuierliche Beobachtungen seit der Explosion
• Einziges astronomisches Objekt ausser der Sonne
  von dem Neutrinos entdeckt wurden

29
HST Bilder
30
Der Krebsnebel (SN 1054)
31
Die Entwicklung eines Sternes
32
Supernovae

• Extrem helle Sternexplosionen
• Wichtig für die Produktion von schweren
  chemischen Elementen
• Beste Entfernungsindikatoren im Universum

33
(No Transcript)
34
Supernova Suche
(High-z Supernova Team)
35
Das High-z Team
36
Das vollständige Hubble Diagram
37
Mittlerer Abstand der Galaxien
Zeit
38
Was bedeutet das?

• Entfernte Supernovae sind weiter entfernt als in
  einem frei expandierenden, ungebremsten
  Universum. Dies kann nur durch eine abstossende
  Kompente erzeugt werden.

39
Was bedeutet das? (2)
40
Was bedeutet das? (3)

• Das Universum besteht im wesentlichen aus
• nichts.
• Das Universum expandiert für immer.
• Im Moment existiert keine überzeugende
  physikalische Interpretation der Vakuumsenergie
  (Dunkle Energie).
• Das Alter des Universums ist jetzt größer als
  dasjenige der ältesten Sterne.

41
Interpretationen/Spekulationen

• Einsteins Kosmologische Konstante
• Bisher kein Platz im Standart Model der
  Teilchenphysik
• Quintessence
• Quantenmechanisches Teilchenfeld, dass Energie in
  das Universum entlässt
• Anzeichen einer höheren Dimension
• Gravitation ist am besten beschrieben in einer
  Theorie mit mehr als vier Dimensionen
• Phantom Energie
• Die Dunkle Energie ist so stark, dass das
  Universum auseinander fällt (Big Rip)

42
(No Transcript)
43
Geschichtskarte des Universums
44
Was hilft mir die Weite des Weltraumes, wenn
meine Schuhe zu eng sind. Armenisches
Sprichwort