Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am 14.01.2005: Kosmologie: Beobachtungsbefunde

1. Günter Wunner Institut für Theoretische Physik Universität Stuttgart Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am 14.01.2005: Kosmologie: Beobachtungsbefunde (bei optischen Wellenlängen, d.h. im Sichtbaren) a) Wert der Hubble-Konstanten aus d -Cepheiden-Beobachtungen in benachbarten Galaxien (bis z ~ 0,006, d.h. ~ 25 Mpc) b) Werte der kosmologischen Parameter aus Beobachtungen von Typ Ia Supernovae in weit entfernten Galaxien (bis z = 1,7) In welchem Universum leben wir? Gehalten von Dirk Meyer in Vertretung für:

2. Erste schriftliche Erwähnung eines Fernrohrs 2. Oktober: Augenglasmacher Lippershey bietet formell Holland seine Erfindung „kijker“ zur Verwendung bei der Kriegsführung an (Typ: Opernglas) 1608 Erste astronomische Anwendung 7. Januar bis 2. März: Galileo beobachtet Mond, Milchstraße, Sonnenflecken, entdeckt Jupitermonde, „ Sidereus Nuntius“ Keplersches Fernrohr Klassischer Refraktor, große Baulänge, Scheiner 1613 1610 1611 Reflektor System Newton Sir Isaac Newton veröffentlicht erstmals das Konzept eines Spiegelteleskops, erste Idee bereits 1668 1704 Die Anfänge der Teleskopie ...

3. Das Hooker-Teleskop und Edwin Hubble 2,5-m-Teleskop wird am Mt. Wilson Observatorium in Pasadena in Betrieb genommen Hubble misst in den 1920-igern Geschwindigkeiten v (spektrale Rotverschiebung) und Entfernungen d (Helligkeiten) von Galaxien, legt Grundstein für das Konzept eines expandierenden Universums 1918 Konzept eines Weltraum-Teleskops Hermann Oberth spekuliert als Erster über die Möglichkeit von Teleskopen in der Erdumlaufbahn 1923 Problem erdgebundener Teleskope: Auflösung durch Turbulenz der Erdatmosphäre auf 0,5 - 1 Bogensekunden beschränkt

4. Meilenstein der optischen Astronomie: Das Hubble-Weltraum-Teleskop: Unser Auge im All Seit 1993 liefert das Hubble-Teleskop atemberaubende Bilder aus dem Universum und revolutioniert das wissenschaftliche Weltbild.

5. Kongress bewilligt die Mittel zum Bau des Weltraum-Teleskops Benennung zu Ehren von Edwin Hubble 1977 Hubble Weltraum-Teleskop im All 24. April: Start mit Space Shuttle Discovery 25. April: in der Umlaufbahn ausgesetzt 25. Juni: Sphärische Aberration in Hubbles Primärspiegel entdeckt Beschluss des Baus einer komplizierten Korrekturoptik für Hubble aus 5 optischen Spiegelpaaren 1990 Service Mission 1 (SM1) 2. Dezember: Start Space Shuttle Endeavour, Installation der Korrekturoptik Ersatz von WFPC durch WFPC2 1993

6. Service Mission 2 (SM2) 11. Februar: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz von GHRS durch NICMOS Service Mission 3 (SM3a) 19. November: Safe Mode nach Ausfall des 4. Gyroskops 19. Dezember: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz der Gyroskop-Sensor-Einheit Installation neuer Computer, Hauptkundendienst Das Aus für Hubble 16. Januar: Absage aller weiteren Service-Missionen in der Folge des Columbia-Unglücks am 1.2.2003 Service Mission 3 (SM3b) 1. März: Start Space Shuttle Columbia, Installation von ACS (Advanced Camera for Surveys) Ersatz von Sonnenzellen 1997 1999 2004 2002

7. Das Hubble-Weltraum-Teleskop Länge: 13 m Durchmesser: 4 m Masse: 11 Tonnen Energiebedarf: 2,8 kW Hauptspiegel: 2,4 m Sekundärspiegel: 0,3 m Auflösung: 1/20 ‘‘ Grenzhelligkeiten: 30 m Drei Kameras Diverse Spektrometer Frequenzbereich: Ultraviolett - Infrarot l = 115 - 2500 nm

9. Vom Hubble-Teleskop Von der Erde Supernova 1994D (Typ Ia) in NGC 4526 , 60 Millionen Lichtjahre

10. 3 Millionen Lichtjahre

11. 60 Millionen Lichtjahre

12. M100, 56 Millionen Lj.

13. Messung: P ( MV) und mV, Entfernungsmodul MV - mV d - Cepheiden Pulsationsveränderliche als Entfernungsindikatoren Perioden-Leuchtkraft-Beziehung: (a = - 3m , b = - 1m) MV= a log (P/1 d) + b (aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005)

14. Ho =70km/s/Mpc mit CMB-Beobachtungen: Ho =71 km/s/Mpc +4 1/Ho ~14 Milliarden Jahre -3 +7 -7 Das Hubble-Teleskop entscheidet die jahrzehntelange Debatte über den korrekten Wert der Hubble-Konstanten

15. Die kosmologischen Parameter

16. Das kosmologische Dreieck q

17. Supernova Cosmology Project Perlmutter et al., Berkeley 1998 Science Breakthrough of the Year High-z Supernova Search Team Garnavich, Riess, Schmidt et al. Kosmologie: Beobachtung

18. identische Ursache identische Wirkung: Supernova Typ Ia als Standardkerzen zur Bestimmung der Entfernung Supernova Typ Ia: Weißer Zwerg nahe Chandrasekhar-Grenzmasse sammelt Gas von Begleiter, Masse überkritisch: explosive thermonukleare Zündung von C, Weißer Zwerg explodiert identische absolute Maximums-Helligkeit identisches zeitliches Abklingverhalten Vorteil des Hubble-Teleskops: Auflösung von SN- Explosionen auch in größter Entfernung (z ~ 1 und z > 1)

19. 8 Milliarden Jahre

20. Ia 5 und 7 Mrd. Jahre

21. 7 Milliarden Jahre

22. Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen „Brighter is broader“

23. Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen Formel:

24. SN 1997 ff:

27. SN 1997ff, 10 Milliarden Jahre

29. 8 Milliarden Jahre

33. (aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005) (1) W m= 5, WL = 0, positiv gekrümmt (2) W m= 1, WL = 0, flach (SCDM)(3) W m= 0, WL = 0, negativ gekrümmt (4) W m= 0.3, WL = 0.7, flach (ΛCDM) (jeweils heutige Werte)

35. WL~0,7 Wm ~ 0,3 Wq ~ 0 q Das kosmologische Dreieck: Beobachtung

36. In welchem Universum leben wir also?

37. Warum Wq = 0, flacher Raum ? Kosmische 2,7 Kelvin Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (bei z1000!)