Vom Urknall zum Nobelpreis Kosmischer Background Explorer COBE

Vom Urknall zum Nobelpreis: Kosmischer Background Explorer (COBE) und darüber hinaus Goddard Space Flight Center Lecture John Mather 21. November 2006

Astronomische Suche nach Ursprüngen Erste Galaxien Urknall leben Galaxien entwickeln sich Planeten Sternen

Rückblick in die Zeit

Abmessung Diese Technik ermöglicht die Messung riesiger Entfernungen

Die Toolbox des Astronomen #2: Doppler-Verschiebung-Licht Atome strahlen Licht in diskreten Wellenlängen aus, die mit einem Spektroskop zu sehen sind Dieses "Linienspektrum" identifiziert das Atom und seine Geschwindigkeit

Galaxien ziehen sich gegenseitig an, also sollte die Expansion verlangsamen--rechts? ? Um zu sagen, müssen wir die Geschwindigkeit, die wir an nahe gelegenen Galaxien messen, mit denen mit sehr hoher Rotverschiebung vergleichen. Mit anderen Worten, wir müssen Hubbles Geschwindigkeit vs. Distanzdiagramm auf viel größere Entfernungen ausdehnen.

Pressemitteilung des Nobelpreises Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften hat beschlossen, den Nobelpreis für Physik für 2006 gemeinsam zu vergeben. John C. Mather, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USA, und George F. Smoot, University of California, Berkeley, CA, USA "Für ihre Entdeckung der Schwarzkörperform und Anisotropie der kosmischen Mikrowellen. Hintergrundstrahlung".

Die Kraft des Denkens Georges Lemaitre & Albert Einstein Robert Herman & Ralph Alpher George Gamow Rashid Sunyaev Jim Peebles

Hardware-CMB Spektrum Paul Richards Frank Low Mike Werner Kräuterguss David Woody Rai Weiss

Kurze Geschichte • 1965, CMB angekündigt-Penzias & Wilson; Dicke, Peebles, Roll, & Wilkinson • 1974, NASA AO for Explorers: ~ 150 Vorschläge, darunter: – JPL anisotropy Vorschlag (Gulkis, Janssen. . . ) – Berkeley anisotropy Vorschlag (Alvarez, Smoot. . . ) – Goddard/MIT/Princeton COBE Vorschlag (Hauser, Mather, Muehlner, Silverberg, Thaddeus, Weiss, Wilkinson)

COBE Geschichte (2) • 1976, Mission Definition Science Team ausgewählt vom HQ (Nancy Boggess, Programm-Wissenschaftlerin); PI es gewählt • ~ 1979, Entscheidung, COBE im eigenen Haus bei GSFC zu bauen • 1982, Genehmigung zum Bau der Flucht • 1986, Challenger-Explosion, Start COBE Redesign für Delta Launch • 1989, 18. November, Start • 1990, erste Spektrumzahlen; Heliumende in 10 Mo • 1992, erste Anisotropie-Ergebnisse • 1994, Endbetrieb • 1998, große kosmische IR-Hintergründe

Start COBE mikro & klo & Jane Mather. Dave & Eunice Deanna Hauser Pat Thaddeus Wilkinson Rai & Becky Weiss George Smoot Sam & Margie Gulkis, mikro & Sandie Janssen

COBE Science Team schmeißen & Renee Bennett Eli & Florence Dwek Nancy & Al Boggess Tom & Ann Kelsall Ed & Tammy Cheng Philip & Georganne Lubin

COBE Science Team Steve & Sharon Meyer Rick & Gwen Shafer Harvey & Sarah Moseley Tom & Jeanne Murdock sich & Beverly Silverberg Ned & Pat Wright

COBE Engineering Leadership Hintere Reihe: Bill Hoggard, Herb Mittelman, Joe Turtil, Bob Sanford Mittlere Reihe: Don Crosby, Roger Mattson, Irene Ferber, Maureen Menton Erste Reihe: Jeff Greenwell, Ernie Doutrich, Bob Schools, Mike Roberto

COBE Engineering Leadership Hintere Reihe: Dennis Mc. Carthy, Bob Maichle, Loren Linstrom, Jack Peddicord Mittelreihe: Lee Smith, Dave Gilman, Steve Leete, Tony Fragomeni Frontreihe: Earle Young, Chuck Katz, Bernie Klein, John Wolfgang

COBE Satellit, 1989 -1994 COBE im Orbit, 1989 -1994

Weit Infrarot-Absolute Spektrophotometer John Mather Rick Shafer Bob Maichle Mike Roberto

Kalibrator (Eccosorb) auf dem Arm, vor der Isolierung, am Parabolkonzentrator befestigt

Basierend auf 9 Minuten Daten Präsentiert auf der AAS, Januar 1990

Aktuelle Schätzung: T = 2. 725 +/-0. 001 K Neue Technologie könnte Residuen 2 Größenordnungen reduzieren?

Die Bestätigung der Urknalltheorie • Heiße Urknall-Theorie stimmt • Keine zusätzliche Energie nach dem ersten Jahr freigesetzt • Keine exotischen Ereignisse wie turbulente Bewegung

Differentielle Mikrowellen-Radiometer George Smoot Chuck Bennett Bernie Klein Steve Leete

31. 4 GHz

Sky-Karte von DMR, 2. 7 K +/-0. 003 K Dopplereffekt der Bewegung der Erde entfernt (v/c = 0. 001) Kosmische Temperaturschwankungen bei 389. 000 Jahren, +/0. 00003 K

COBE-Karte der CMBFluktuationen 2. 725 K +/-~ 30 μK rms, 7 O Strahl

DIRBE (Diffuse Infrarot. Hintergrund-Experiment) • Karte ganzer Himmel in 10 Bändern von 1, 2 bis 240 μm • Messen, verstehen und subtrahieren Sie für Tierkreis-und Galaktische Vorgärten • Bestimmen Sie kleine Überreste aus dem frühen Universum, urzeitliche Galaxien, etc. • Erfordert absolute Kalibrierung

Mike Hauser Tom Kelsall Don Crosby Loren Linstrom

DIRBE Test Unit Hardware

DIRBE far IR (100, 140, 240 μm) Sky Modeling

COBE Kosmologie • CMB hat ein schwarzes Körperspektrum, F/FMax < 50 ppm. Starke Grenzwerte, etwa 0, 01%, bei der Energieumwandlung (von Turbulenzen, instabilen Teilchen, etc. ) nach t = 1 Jahr. Keine gute Erklärung außer Hot Big Bang. • CMB hat eine räumliche Struktur, 0, 001% auf Skalen > 7 O, im Einklang mit skalierunausweichenden Vorhersagen und Inflation, dunkler Materie und dunkler Energie oder Konstante, und Bildung von Galaxien und Haufen durch die Schwerkraft. • CIBR hat 2 Teile, in der Nähe (wenige Mikrometer) und weit (wenige hundert Mikrometer), jede mit Helligkeit vergleichbar mit der bekannten Leuchtkraft der sichtbaren und nahen IR-Galaxien: L des Universums ist ~ doppelter Wert.

Wmap Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Chuck Bennett, PI Goddard & Princeton Team 2001 gestartet

Das Universum im Alter von 389. 000 Jahren Galaktische Plane -200 + 200 Temperatur (μK) im Vergleich zum Durchschnitt von 2, 725 K

Kosmischer Parameter auf ~ Prozent Genauigkeit Wl W W W =W +W +W =100 Prozent W =W +W =27 ± 4 Prozent zusammenzählen m B B c c l c B

CMB Angular Power Spectrum

Planck Mission-ESA-geleitet mit NASA-Beiträgen, für 2008 Start Höhere räumliche Auflösung und Empfindlichkeit als WMAP, mit kürzeren Wellenlängen

James Webb Space Telescope (JWST) 39

Zusammenfassung von JWST § Einfahrbares Infrarot-Teleskop mit 6, 5 Meter Durchmesser segmentiert verstellbaren Primärspiegel § Cryogenes Temperaturteleskop und 4 Instrumente für Infrarot-Leistung mit 0, 6 bis 29 μm § Start Juni 2013 mit einer ESA-gelieferten Ariane-5 -Rakete zur Sun-Earth L 2: 1, 5 Millionen km entfernt im tiefen Weltraum (zur Kühlung benötigt) § 5 -Jahres-Wissenschaftsmission (10 -Jahres-Ziel)

James Webb Space Telescope § § Mission Lead: Goddard Space Flight Center Internationale Zusammenarbeit mit ESA & CSA Hauptunternehmer: Northrop Grumman Raumfahrttechnik Instrumente: § Nahe Infrarot-Kamera (NIRCam) – Univ. von Arizona § In der Nähe Infrarot-Spektrograph (NIRSpec) – ESA § Mittel-Infrarot-Instrument (MIRI) – JPL/ESA § Fine Guidance Sensor (FGS) – CSA § Operations: Space Telescope Science Institute

Vier wissenschaftliche Themen • Erste Objekte, die nach Urknall entstanden sind – Superstars? – Supernovae? – Schwarze Löcher? • Montage von Galaxien (aus kleinen Stücken? ) • Bildung von Sternen und Planetensystemen – Versteckt in Staubwolken • Planetensysteme und Lebensbedingungen

JWST-Wissenschaftliches Ziele versus kosmische Geschichte Star & Atome & Strahlung Planet Formation Teilchen physik Urknall jetzt 3 Minute 389. 000 Jahre 200 Millionen 1 Jahre Milliarde 13, 7 Jahre Milliarden Jahre 43

Ende der dunklen Zeiten: Erstes Licht?

Der Adlernebel Wie man bei Hubble sieht Der Adlernebel, wie er von HST gesehen wird

Der Adlernebel Wie im Infrarot

Geburt von Sternen und Sterne in Staubscheiben in Orion protoplanetären Systemen

Planetensysteme und die Ursprünge des Lebens

HST charakterisiert die Transitierung von Planeten; So wird JWST HST: Planet überträgt Stern

Chemie der Planetenwende

Was geschah vor dem Urknall? Was ist in der Mitte eines Schwarzen Lochs? Wie sind wir hierher gekommen? Was ist unser kosmisches Schicksal? Was sind Raum und Zeit? . . . Große Fragen, reif zur Antwort