RC Bregenz; 22. April 2014 Amand Fäßler
Können wir den Urknall heute noch sehen?
Penzias und Wilson;
Bell-Telephon Nobel-Preis 1978
Die Frequenzabhängikeit folgt extrem exakt derPlanck‘schen Schwarz-Körperstrahlung T = 2.7255(6) Kelvin in allen Richtungen.
Planck Satellit Temperatur-FluktuationenKosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (March 21. 2013)
4
Keine Krümmung des Universums.
Das Universum ist flach.
xx x
1 1 1
WMAP 2002 :1.00 0.02
Wir können die wahre
Größe dieser Flecken
berechnen.
Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.
mB = d2 ~ Dl2 ; (H = const)d = v/H(Zeit) ~ (Dl/l)/ H(Zeit)
mB = 1/Helligkeit = d2
v = H(Zeit) d
Mag
nitu
de
Urknall = Big Bang
Sk
alen
fakt
or a
(t)
ZeitHeute
Abst
ände
( Ze
it)
Hubble Gesetz: v = H(Zeit) d d = v/H(Zeit)
Anstieg der Geraden = H(heute) = 70[km/(sec Mpc)]
Wert zeitabhängig
Fingerabdruck des Urknall in der Kosmischen
Hintergrundstrahlung.Nachweis der Gravitationswellen des
UrknallsAm 18. März 2014 hat die BICEP2-Kollaboration (USA und Kanada) folgenden Artikel im „ArXiv“ veröffentlicht.
BICEP2: “DETECTION OF B-mode POLARIZATION AT DEGREE ANGULAR SCALES”
Was sind Gravitationswellen? Eiförmige zu diskusförmige Schwingungen
des Raumes nicht im Raum.
Gravitationswellen von DoppelsternHulse (Doktorand) und Taylor (Professor ), Nobelpreis 1993
Gravitationswellendetektor als Michelson-Interferometer mit zwei senkrechten Armen von
mehreren Kilometern
Antennen für Gravitationswellen
DAS LISA-Projekt: Drei Satteliten umkreisen die Sonne; 5 Millionen km
entfernt von einander .Größtes Michelson Interferometer.
Sensitiv auf Gravitations-wellen vom
Urknall
Gravitationswellen sind tröpfchenförmige Schwingungen
(eiförmig zu Diskus und zurück) des Raumes und nicht im Raum.
South-Pole Teleskop
Definition der Fluktuation z. B. Intensitäten: 4 und 6; Mittelwert 5 (Zahl der Messungen = N =2) Fluktuation2 = c2 =[(4-5)2 + (6-5)2]/52 = 2/[(N-1)*25] = 0.08
Seewinkel in Multipol: = 180/Sehwinkel. Wir sehen bei der Fluktuation der Kosmischen Hintergrundstrahlung die Situation bei der Entkopplung 380 000 Jahre nach dem Urknall. Wellenlänge nach Urknall (10-35 bis 10-31 Sekunden nach dem Anfang inflationäre Expansion) etwa 20 cm. Wächst mit Ausdehnung des Universums. Entspricht bei Entkopplung 1.6 bis 4 Grad Sehwinkel oder = 45 bis 110. Hier Fluktuation groß.
Gravitationswellen verzerren den Raum und ändern damit die Fluktuation der Kosmischen
Mikrowellen-Hintergrund-Strahlung
Sehwinkel
Auge
Resultate von Bicep2 am SüdpolFl
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Herz
Multipole = 180/Sehwinkel
Untere rot gestrichelte Kurve:Fluktuation durch Gravitationswellen
Fluktuation des Lichtes (Mkrowellen) durch Mikro-Lensing
Obere gestrichelte rot Kurve: Fluktuation durch Gravitationswellen und Mikro-Lensing.
Klappmesser-Test
Daten
Polarisation der Mikrowellenstrahlung•Licht = Mikrowellen: Spin = ½ Bei Streuung: ½ + ½ maximal = 1 Dipolstrahlung Skibrille nutzt dies. •Gravitonen: Spin = 2; auch Tensor = Quadrupol-Polarisation möglich. r = (Tensor/Skalare)-Polarisation = 0.2
Mit Mikro-Lensing r = 0.1
Probleme:• Meßwerte zu hoch.• Bei 150 Giga-Herz gesehen von Bicep2. Warum nicht bei
100 Giga-Herz durch Bicep1. ( 50 Giga-Herz Mikrowellen-Herd)• Ein ähnliches Signal der Fluktuationen „ell“ = 50 bis 110
und auch der Tensor-Polarisation r kann auch im Vordergrund durch Mikro-Lensing (doch bei höheren „ell“ = kleineren –Sehwinkeln), durch Staub oder andere Streuung der Mikrowellenstrahlung erzeugt werden.
Estimate of Neutrino Decoupling Skala der Expansion a 1/Tempratur = 1/T
Universe Expansion rate: H=(da/dt)/a ~ n Interaction rate: G ne-e+<svrelative>
H = = O( T2) [1/time]
G ~ (1/a3) <GF2 p2 c=1> ~ T3 <GF
2 T2c=1> ~ GF2 T5 [1/time]
with: Temperature = T 1/a = 1/(length scale); hbar = h/(2p) = c = 1
Neutrino-Entkopplung
G(Neutrino-Raktionen)/H(Ausdehnung des Universums) = ( T/ 1MeV)3 ~ 1
T(Neutrinos)decoupl ~ 1MeV ~ 1010 Kelvin; Heute: 1.95 K
Zeit nach dem Urknall: 1 Sekunde
T(Photonen = Licht)Entkopplung = 3000 Kelvin; Heute: 2.7255 K
Time(Photonen)Entkopplung = 380 000 Jahre nach UK
(Energie=Massen)-Dichte des Universums
log r
a(t)~1/T
Materie-dominiert: r ~ 1/a3 ~ T3
Dunkle Energie
1/Temp1 MeV~1secn Entk.
1 eV5x104y Heute
3000 K380 000 yg Entk.
8x109 y g 2.7255 Kn 1.95 K
Strahlungs-dominiert: r ~ 1/a4 ~ =Stefan-BoltzmannSc
hritt
e Fa
ktor
en 1
0
Neutrino-Einfang: n(Hintergrund Neutrinos) + 3H 3He + e-
20 mg(eff) Tritium 2x1018 T2-Moleküle: NnEinfang(KATRIN) = 1.7x10-6 nen/<nen> [Jahr-1]
Alle 590 000 Jahre ein Ereignis! für <nen> = 56 cm-3
Hoffnung:
Zahl der Neutrino-Einfänge bei der mittleren Dichte von nen 56 [Elektron-Neutrinos/cm3]
KATRIN: 1 Ereignis in in 590 000 Jahren.
Gravitatationsanziehung der Kosmischen Hintergrund-Neutrinos in unsere Galaxie.
Probleme:
Überdichte der Neutrinos die gleiche wie für die
ProtonenGravitative Verdichtung auf der Skala
unserer Galaxie: nn/<nn> = nb/<nb> ~ 106 ; (R = 30 kpc)
NnEinfänge(KATRIN) = 1.7x10-6 nn/<nn> (year-1) = 1.7 [Ereignisse = Einfänge pro Jahr]
Effective Tritium Source: 20 microgram 2 milligramNncapture(KATRIN*) = 1.7x10-4 nn/<nn> (year-1)= 170 [counts/year];
Wie blicken wir zurück zum Urknall?• Bis 380 000 Jahre nach dem Urknall mit den Kosmischen
Hintergund-Photonen. Universum flach. Fingerabdruck der Gravitationswellen
des Urknalls. • Bis eine Sekunde nach dem Urknall mit den Kosmischen
Hintergrund-Neutrinos.Wieviele Neutrinos gibt es in der Milchstrasse.
• Bis in den Urknall 10-31 Sekunden mit Gravitationswellen. ENDE