1 / 22

Die kosmische Hintergrundstrahlung

Die kosmische Hintergrundstrahlung. Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos. Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung. Frage: gab es den Urknall, oder existiert das Universum schon ewig? Antwort: 1965 – Entdeckung der Hintergrundstrahlung

donny
Download Presentation

Die kosmische Hintergrundstrahlung

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Die kosmische Hintergrundstrahlung Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos

  2. Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung • Frage: gab es den Urknall, oder existiert das Universum schon ewig? • Antwort: 1965 – Entdeckung der Hintergrundstrahlung • Spektrum: Form eines idealen Schwarzen Körpers: T0 = 2,725 ± 0,001 K

  3. Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung • Wieviel Energie entspricht der kritischen Dichte? • Von Spektrum des Schwarzkörpers auf Energiestrahlungsdichte εrad ≡ ρrad c2 = αT4 • α = 7,565 * 10 –16 J m -3 K –4 • Für beobachtete Temperatur T0εrad (T0) = 4,17 * 10 –14 J m -3

  4. Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung • Kritische Dichte:Ωrad = 2,47 * 10 -5 h -2 • Kosmische Hintergrundstrahlung macht kleinen Bruchteil der kritischen Dichte aus • Strahlungsdichte – Expansionρrad ~ 1 / α4

  5. Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung • Entscheidende Gleichung:T ~ 1 / αd.h. das Universum kühlt ab, während es sich ausdehnt • Heute ca. 3K → früher viel heißer! • Damit ändert sich auch die thermische Verteilung (Schwarzkörper-Verteilung)

  6. Die Eigenschaften d. kosm. Hintergrundstrahlung • Während der Expansion sinkt die Frequenz: f ~ 1 / α • Schwarzkörper-Spektrum bleibt bei TEnde erhalten • Spektrum bei Expansion und Abkühlung entspricht thermischen Verteilung mit ständig sinkender Temperatur

  7. Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl

  8. Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl • Baryonen = Protonen + NeutronenTeilchenzahldichte sinkt umgekehrt proportional zum Volumen • Gilt auch für Photonen • Photonen + Baryonen → kosm. H.Strahl. • Verhältnis #Photonen zu #Baryonen konstant, bleibt mit Expansion erhalten

  9. Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl • Frage: wie viele Photonen pro Baryon? • Energie der kosm. Hintergrundstrahlung:εrad (T0) = 4,17 * 10 –14 J m -3 • Typische Energie eines Photons:Emittl ≈ 3 kb * T = 7,05 * 10 –4 eV • Teilchendichte der Photonen:nγ = 3,7 * 10 8 m -3

  10. Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl • Vergleich mit Teilchendichte d. Baryonen • Dichteparameter für Baryonen:ΩB ≈ 0,02 h -2 • Umrechnen in Energiedichte:εB ≈ 3,38 * 10 –11 J m –3 • Daraus: Teilchendichte d. Baryonen:nB = 0,22 m -3

  11. Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl • 1,7 * 109 Photonen pro Baryon

  12. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

  13. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Ionisationsenergie des H-Atoms: Energie um ein Elektron zu befreien • Universum heiß → Photonen haben diese Energie und können H ionisieren • Zurück als das Universum ein Millionstel seiner Größe besaß: 3 000 000 K • Photonen hoher Energie, keine Atome

  14. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Meer aus freien Kernen und Elektronen, ein ionisiertes Plasma • Später Abkühlung → Elektronen in Grundzustand → Universum wird durchsichtig • Entkopplung

  15. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Schätzung der T bei der Entkopplung:Photonenenergie = IonisationsenergieT≈ 50 000 K • Methode ungenau weil 109 mal mehr Photonen als Elektronen • Genauer: Boltzmann-Unterdrückungsfaktor

  16. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Annahme: 1 ionisierendes Photon pro Atom, damit Universum ionisiert bleibt • Boltzmann-Unterdrückung beschreibt die Energie oberhalb I, die ein Bruchteil der Photonen haben • TEntk ≈ 7 400 K • Heute wissen wir: TEntk ≈ 3 000 K

  17. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Vergleich mit heutiger Temperatur → Entkopplung fand statt als das Universum ein Tausendstel seiner heutigen Größe besaß • Photonen haben sich seither ununterbrochen fortbewegt → müssen aus enormer Entfernung stammen (Größe des beobachtbaren Universums)

  18. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung

  19. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Anfangstemperatur d. Photonen: 3000 K, und höhere Frequenz • Damaliges Alter des Universums: 350 000 Jahre • Auf der Reise kühlen sich die Photonen ab auf 3 K, und die Frequenz wird durch Rotverschiebung in den Mikrowellenbereich verschoben

  20. Präzisere Berechnung von TEntk Fakultativ

  21. Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung • Rekombination: e- + p+→ Atom • Saha-Gleichungen: Annahme es gibt nur H-Atome • Berechnet Verteilung von e- und p+ • Ionisierungsgrad wird hergeleitet • TEntk ≈ 3 000 K

  22. Danke für Eure Aufmerksamkeit! Georg Benjamin Schlögl Georgios Labrinopoulos

More Related