rc bregenz; 22. april 2014 amand fäßler können wir den urknall heute noch sehen?
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RC Bregenz; 22. April 2014 Amand Fäßler
Können wir den Urknall heute noch sehen?
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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.
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Planck Satellit Temperatur-FluktuationenKosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (March 21. 2013)
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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.
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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
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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
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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”
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Was sind Gravitationswellen? Eiförmige zu diskusförmige Schwingungen
des Raumes nicht im Raum.
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Gravitationswellen von DoppelsternHulse (Doktorand) und Taylor (Professor ), Nobelpreis 1993
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Gravitationswellendetektor als Michelson-Interferometer mit zwei senkrechten Armen von
mehreren Kilometern
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Antennen für Gravitationswellen
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DAS LISA-Projekt: Drei Satteliten umkreisen die Sonne; 5 Millionen km
entfernt von einander .Größtes Michelson Interferometer.
Sensitiv auf Gravitations-wellen vom
Urknall
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Gravitationswellen sind tröpfchenförmige Schwingungen
(eiförmig zu Diskus und zurück) des Raumes und nicht im Raum.
South-Pole Teleskop
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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
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Resultate von Bicep2 am SüdpolFl
utua
tion
der L
icht
- (M
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wel
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) In
tens
ität b
ei 1
50 G
iga-
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
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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
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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.
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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
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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
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(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
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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
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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:
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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];
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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