t.hebbeker urknall und entwicklung des...
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-
T.Hebbeker
Urknall und Entwicklung des
UniversumsThomas Hebbeker
RWTH AachenDies Academicus
08.06.2005
Grundlegende Beobachtungen
Das Big-Bang – Modell
Die Entwicklung des Universums 1.1
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T.HebbekerBlick ins Universum: Sterne und GalaxienDie Milchstrasse
Nachbarstern
„Proxima Centauri“
4 Lichtjahre
25000 Lj
1 Lichtjahr=70000 mal
Abstand Erde-Sonne
Aachen
Das Sonnensystem in der
Milchstrasse„Unsere“ Galaxie = Milchstrasse
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T.HebbekerBlick ins Universum: Sterne und Galaxien
Nachbargalaxie
„Andromeda“
3 Millionen Lichtjahre
Andere Galaxien
„Whirlpool“ (Hubble Teleskop)
37 Millionen LjPalomar Observatory, E. Hubble (1949)
-
T.HebbekerBlick ins Universum: Sterne und Galaxien
Hubble-Teleskop
bis zu einigen
Milliarden Lichtjahren
Blick in die
Vergangenheit!
Entfernte Galaxien
-
T.HebbekerDoppler-Effekt (Licht)
Sonnenlicht: Atomare Spektrallinien:
mµ4.0 mµ8.0Wellenlänge
-
T.Hebbeker
Universum expandiert !
Rotverschiebung der Spektrallinien
mµ4.0 8.0
E. Hubble
-
T.Hebbeker1
2
3
r
v
x
Explosionsmodell
v = H r•Hubble-Gesetz:
1/H = 15 Milliarden Jahre = Weltalter
-
T.Hebbeker
„Big Bang“ = Ur-“Knall“
RaumZe
it-1
5 M
illiar
den
Jahr
e08
.06.
2005
-
T.Hebbeker
Das heutige Universum
Materie:
• Galaxien1110
mit je 1110
Strahlung:
• Sternenlicht
• Hintergrundstrahlung
Sternen• dunkle Materie
-
T.Hebbeker
Zusammenfassung„Grundlegende Beobachtungen“
Universum = viele Galaxien
Galaxien fliegen auseinanderBig-Bang
- Modell
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T.Hebbeker
Adler-Nebel(M16)
Hubble-Teleskop
Grundlegende Beobachtungen
Das Big-Bang – Modell
Die Entwicklung des Universums
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T.Hebbeker
Ist das Urknall-Modell richtig ?
Beobachtbare „Überbleibsel“ des heißen Urknalls ?
Entstehung der Atome im frühen Universum ?
Alter des Universums ?
Zukunft ? Geht die Expansion immer weiter ?
Unsere Vorstellung:
Universum früher dicht und heiß;
Galaxien fliegen voneinander weg
FRAGEN:
-
T.HebbekerLicht von der UrexplosionUrexplosion: heißes Gas / Plasma(ähnlich Sonne)
Sonne
T = 6000 K
Plancksche
Strahlungskurve
-
T.HebbekerLicht von der UrexplosionUrexplosion: heißes Gas / Plasma(ähnlich Sonne)
Ur-Licht heute nochbeobachtbar
Wellenlängen ~ 1000 mal größer
Spektrum gleiche Form
Sonne
Vorhersage von R. Alpher u.a.1948:
T = 6000 K
Plancksche
Strahlungskurve
-
T.Hebbeker
Die kosmische Hintergrundstrahlung
COBE
Plancksche
Strahlungskurve
1%
T = 3 K
A. Penzias und
R. Wilson 1965:
Mikrowellenstrahlung aus dem Kosmos
= Blitz der Urexplosion
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T.Hebbeker
Ist das Urknall-Modell richtig ?Unsere Vorstellung:
Universum früher dicht und heiß;
Galaxien fliegen voneinander weg
Beobachtbare „Überbleibsel“ des heißen Urknalls ?FRAGEN:
Ja, kosmische „Hintergrundstrahlung“
= Mikrowellenstrahlung
-
T.Hebbeker
Proz
esse
im fr
ühen
Uni
vers
uma1010 08.06.2005
a000300 Atome
Kernemin3
s1010−
Ladungssumme = 0
-
T.Hebbeker
Nukleosyntheset = 3 min T = 1 000 000 000 K
2 n + 2 p He-Kern (stabil)p = H-Kern (übriggebliebene Protonen)
Schwere Kerne (C, O, U...) entstanden erst in Sternen/Supernovae !
-
T.Hebbeker
Bildung von Atoment = 300 000 a T = 3000 K
min3 Kerne
He-Kern + 2 e He-Atom H-Kern + e H-Atom „kosmische
Hintergrund-strahlung“
25% Masse
75%
Weltall ohne freie Ladung!
Licht kann sich ungehindert ausbreiten!
Universum wird durchsichtig!
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T.HebbekerDie Chemie des Universums
Vor der Sternbildung:
BIG BANG-Modell sagt Messdaten richtig voraus!
Am Ende des Sternenlebens:
75 % 25 %Wasserstoff Helium
Wir bestehen aus Sternenasche !
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T.Hebbeker
Ist das Urknall-Modell richtig ?Unsere Vorstellung:
Universum früher dicht und heiß;
Galaxien fliegen voneinander weg
FRAGEN:
Entstehung der Atome im frühen Universum ?
Ja, Wasserstoff und Helium,
im Urknallmodell richtig berechnet
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T.HebbekerWie alt ist das Universum ?a) Objekte im Universum:
~ 4 Milliarden Jahre ~ 14 Milliarden Jahre
ausgebrannte
Sterne
Sonnensystem
v = H r•b) Zeitpunkt des Urknalls
Hubble-Gesetz:1/H ~ 15 Milliarden Jahre = Weltalter
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T.Hebbeker
Ist das Urknall-Modell richtig ?Unsere Vorstellung:
Universum früher dicht und heiß;
Galaxien fliegen voneinander weg
FRAGEN:
Alter des Universums ?
Ungefähr 15 Milliarden Jahre
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T.Hebbeker
Zusammenfassung„Big-Bang - Modell“
Universum entstand aus heißem Urknall
vor ~15 Milliarden Jahren
Mit Abkühlung entstanden Atome
(Wasserstoff + Helium) und Galaxien
Die kosmische Hintergrundstrahlung zeugt vom
„Explosionsblitz“
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T.Hebbeker
Adler-Nebel
Grundlegende Beobachtungen
Das Big-Bang – Modell
Die Entwicklung des Universums
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T.Hebbeker
In jedem Szenarium: Urknall !
Zeit
Entwicklung des Universums ? Hat Einstein Recht ?
Beschleunigte Expansion Kollaps
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T.HebbekerEvolution des Universums (a la Einstein)
Geschwindigkeit nimmt ab, da Gravitationanziehend
proportional zur Massendichte
Galaxie
(Unbekannter) Parameter gibt an, welcher Effekt die Oberhand gewinnt:
mΩ
> 1: Schwerkraft „gewinnt“ mΩ
entscheidet über unser Schicksal !mΩ
-
T.Hebbeker
entf
ernt
en G
alax
ien
Evolution des Universums (Einstein)
Big Bang =Urknall
Welche Kurve ist richtig ?
„Big Crunch“
= A
bsta
nd z
wisc
hen
zwei
Alter des Universums
~ 15 Milliarden Jahre
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T.HebbekerWie kann man die Evolution messen ?
Idee:
weit entfernte Objekte = Blick in die Vergangenheit
(Lichtlaufzeit !)
Geschwindigkeitsmessung mit Dopplereffekt
schnel
l langsam negativ
Bestimmung der
Geschwindigkeitsänderung
der Galaxien
mit der Zeit
-
T.HebbekerSupernovae Ia
Helligkeit:
gleich
groß
Explosion wenn Masse
Entfernung
Blick in Vergangenheit !
Zeitskala: einige Wochen
Sonnem4.1≈
Flucht-
geschwindigkeit
-
T.HebbekerMessung der Geschwindigkeitsänderungmit Supernovae
„dunkleEnergie“
wirkt abstoßend!
Neue Kraft,
neue Energieform:
Ergebnis:
ΛErweitertes Modell: Einsteins „kosmologische Konstante“
-
T.HebbekerMessung der Geschwindigkeitsänderung mit Supernovae
Geschwindigkeit heute höher als früher!
Abstoßung, beschleunigte Expansion
Ergebnis:
modifiziertes Gravitationsgesetz
neue Energieform: „dunkle Energie“
Konsequenz:
-
T.HebbekerEnergieformen im Universum
Anteil in %
25
70
5 1
dunkle Materie
dunkle Energie
baryonischeMaterie
leuchtendeMaterie
(nichtleuchtend)
[kosmol. Konst.]
73
23
14
?
???
unverstanden !
unbekannt !
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T.Hebbeker
Zusammenfassung„Entwicklung des Universums“
Urknall-Modell qualitativ erfolgreich
Messungen zeigen Abweichung von berechneter
Entwicklung der Galaxiengeschwindigkeiten !
Mögliche Erklärung:
Erweiterung des Gravitationsgesetzes,
„dunkle Energie“
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T.HebbekerZusammenfassung
„goldenes Zeitalter der Kosmologie“
.... Messungen....Theorie....
http://www.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/welcome.html#presentations
Revolution in der Physik !?
Urknall und Entwicklung des UniversumsBlick ins Universum: Sterne und GalaxienBlick ins Universum: Sterne und GalaxienBlick ins Universum: Sterne und GalaxienDoppler-Effekt (Licht)Rotverschiebung der Spektrallinien„Big Bang“ = Ur-“Knall“Das heutige UniversumZusammenfassung„Grundlegende Beobachtungen“Ist das Urknall-Modell richtig ?Licht von der UrexplosionLicht von der UrexplosionDie kosmische HintergrundstrahlungIst das Urknall-Modell richtig ?Prozesse im frühen UniversumNukleosyntheseBildung von AtomenDie Chemie des UniversumsIst das Urknall-Modell richtig ?Wie alt ist das Universum ?Ist das Urknall-Modell richtig ?Zusammenfassung„Big-Bang - Modell“Entwicklung des Universums ? Hat Einstein Recht ?Evolution des Universums (a la Einstein)Evolution des Universums (Einstein)Wie kann man die Evolution messen ?Supernovae IaMessung der Geschwindigkeitsänderung mit SupernovaeMessung der Geschwindigkeitsänderung mit SupernovaeEnergieformen im UniversumZusammenfassung„Entwicklung des Universums“Zusammenfassung
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