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Die Kosmische Die Kosmische
HintergrundstrahlungHintergrundstrahlung
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Übersicht● Zeit vor der Entdeckung● Die Entdeckung ● Genaue Messung● Auswertung ● Ausblick● Neutrinohintegrund
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Vor der Entdeckung
● statisches Universum● Temperatur des
Universums ● Robert Dicke (1916-
1997) T
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Vor der Entdeckung● George Gamow
(1904-1968)● Ralph Alpher
(1921-2007) ● Robert Herman
(1914-1997)
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Vor der Entdeckung● 1948 αβγ-Theorie● Urknall● Protonen, Neutronen, Elektronen Ursuppe● Hintergrundstrahlung vorhergesagt 50 K - 5 K
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Die Entdeckung
● Arno Penzias (1933)● Robert Woodrow
Wilson (1936)
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Die Entdeckung ● 1964 Test der neuen
Hornantenne ● Rauschsignal lies sich
nicht beseitigen ● Messung über längeren
Zeitraum Juli 1964 – April 1965
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Die Entdeckung
Messung bei 7.3 cm Ergebnis:● Totale Antennentemperatur 6.7 K● 2.3 K durch atmosphärische Absorption● 0.9 K durch Ohmsche Verluste (Rauschen)● 3.5 K +/- 1.0 K
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Die Entdeckung ● 1964 Test der neuen
Hornantenne ● Rauschsignal lies sich
nicht beseitigen ● Messung über längeren
Zeitraum Juli 1964 – April 1965
● Princeton hat Erklärungsvorschlag
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Die Entdeckung
Robert Dicke(1916-1997), Jim Peebles (1935), Peter Roll, David Wilkinson (1935-2002)
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Die Entdeckung
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Die Entdeckung ● Aktuelle
Messung FIRAS
● Planck Spektrum für T=2.73 K
● Fehlerbalken kleiner als Strichdicke
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Die Entdeckung
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Die Entdeckung
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Die Entdeckung ● Es gibt den Big Bang● Viele Theoretische Arbeiten● Doch zur Überprüfung genaue Messung
notwendig● Satellitenmission benötigt
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Genaue Messung ● COBE Cosmic
Background Explorer
● Start 18.11.1989● Dauer: 4 Jahre● 3 Instrumente● FIRAS● DIRBE● DMR
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Genaue Messung
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Genaue Messung ● FIRAS Far-InfraRed
Absolute Spectrophotometer
● Michelson-Interferometer mit Vergleichsquelle
● Nach 9 min schon Ergebnis
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Genaue Messung ● DMR Differential Microwave
Radiometer● Vergleich zwischen zwei um
30° Gedrehten Antennen● Mit Vergleichsquellen sehr
genau Unterschiede auflösbar
● Bei drei verschiedenen Wellenlängen 10mm, 5.7mm, 3.3mm vermessen
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Genaue Messung ● Auf mK Skala
kommt es zu einer Dipol-Verschiebung
● Lösung CMB und Erde sind nicht im selben Bezugssystem
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Genaue Messung
rel. Bewegung der Erde zum CMB v=368 km/s
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Genaue Messung ● DIRBE Diffuse
Infrared Background Experiment
● Vermessung im Infrarotem der Störquellen
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Genaue Messung
● George Smoot (1945) ● John Mather (1946)
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Genaue Messung ● WMAP Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe
● 30.01.2001 7 Jahre● Instrument ähnlich wie
DMR● Kann noch Polarisation
Messen
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Genaue Messung
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Genaue Messung ● 5 Verschiedenen
Frequenzen vermessen (23GHz, 33GHz, 41GHz, 61GHz, 94GHz)
● Messung der Polarisation (17% der CMB) lässt auf frühere Reionisation schließen
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Genaue Messung ● WMAP, COBE und noch ein paar
Ballonexperimente liefern Daten● Dipol-Verschiebung lässt sich
korrigieren● Messung anderer Strahlungsquellen in
diesem Wellenlängenbereich
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Genaue Messung
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Genaue Messung
Bild 380 000 Jahre (z=1100 T=3000K) nach dem Uhrknall
µK-Skala
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Auswertung
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Auswertung ● Kosmische
Varianz C● Alles Numerisch
berechenbare Größen
● WMAP Winkelauflösung von 0.9° bis 0.23°
● l
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Auswertung
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Auswertung
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Auswertung
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Auswertung ● Sachs-Wolfe Effekt ● Quantenfluktuationen● Inflation friert diese ein● Auf große Abstände
(Winkel > 1°) konstante Verteilung
● Hinweis auf dunkle Materie
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Auswertung ● Zur Zeit der Entkopplung
(Rekombination z=1100) ● Höhere Energie vor der
Entkopplung● Nach der Entkopplung
muss das Photon wieder aus dem Potenzialtopf
● Nettoeffekt Rotverschiebung
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Auswertung
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Auswertung
● Photonen+Baryonen bilden Plasma● Alle möglichen Schallwellen werden angeregt● Schallgeschwindigkeit v=c/ 3
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Auswertung
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Auswertung
● Die Wellen breiten sich bis zur Rekombination aus● Die Größe ist absolut● Bei kleinen Wellenlängen kommt es zur Silk-Dämpfung
v s∗t dec=
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Auswertung ● Silk-Dämpfung● Photonen
„zerschießen“ kleine Materialsammlungen
● Führt zu exponentiellen Dämpfung
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Auswertung
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Auswertung ● Winkel ca. 1°
entspricht Multipol l ca. 200
● ● Damit k=0
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Auswertung
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Auswertung
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Auswertung ● ISW-Effekt Peakt bei Multipol l=20 ● ISW-Effekt ist ein weiter Hinweis auf die
Dunkle Energie● 50 Voids und 50 Cluster wurden
ausgemacht
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Auswertung ● Integrierter Sachs-
Wolfe-Effekt● Photon fällt in
Potenzialtopf● Beschleunigte
Expansion hat eine Abflachung des Potenzialtopf zugrunde
● Photon gewinnt Energie
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Auswertung ● Daten passen
gut zu BBN● l=2 wird
diskutiert● Galaktische
Ebene wird diskutiert
● Mehr (bessere) Messungen Notwendig
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Ausblick ● Planck gestartet
14.05.2009● Messung bei 9
verschieden Frequenzen 30-857 GHz
● Winkelauflösung von 5'
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Ausblick
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Ausblick ● Genauere
Bestimmung möglich,
● 6 Monate einmal komplett, 15 Monate insgesamt
● Neue Phänomene
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Neutrinohintegrund● Neutrinos entkoppeln bei 1MeV ●
● =1.95 K aus Thermodynamik ● Noch näher am Urknall ● In absehbarer Zeit nicht detektierbar
nneutrino=340cm−3
T neutrino
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Zusammenfassung● Seit der Entdeckung ->Big Bang● Existenz der Dunkeln Materie ● Parameter bestimmbar● Existenz der Dunklen Energie● Genauere Messung bald
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DANKEbesonderen Dank
an Herrn Profesor Guido Drexlinund Herrn Dr. Klaus Eitel
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Quellen:Skript ATP Guido DrexlinTeilchenastrophysik Hans V. Klapdor-Kleingrothaus, Kai ZuberPhysical Review Spektrum der Wissenschaft Physik JournalVortrag von Herrn Zellerhttp://www.weltderphysik.de/http://background.uchicago.edu/~whu/http://www.rssd.esa.int/index.php?project=Planckhttp://map.gsfc.nasa.gov/ http://en.wikipedia.org/http://de.wikipedia.org/
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Bildquellen:Skript ATP Guido Drexlinhttp://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~q61/sgb10.gifhttp://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/images/obs/WMAP/all-sky-CMB-globes_sm.jpghttp://www.esa.int/images/09Feb2009-3108_H.jpghttp://map.gsfc.nasa.gov/media/020622/020622_m.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Firas_spectrum.jpghttp://www.takimo.de/lexikon/urknall2.htmlhttp://www.ias.u-psud.fr/website/modules/content_mic/images/local/Image/cobe.jpghttp://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/about_firas.cfmhttp://people.na.infn.it/~barbarin/MaterialeScientifico/Astroparticelle/fig_astrpartcle/FIRAS_BLOCK_DIA.GIFhttp://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/image/9906/dip_cobe.jpghttp://zebu.uoregon.edu/2004/a321/wmap1.jpghttp://background.uchicago.edu/http://www.ichthus.info/BigBang/PICS/Big-Bang.jpghttp://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1978/http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f7/Horn_Antenna-in_Holmdel,_New_Jersey.jpeg http://www.redactions.com/images/Ylem.gif
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