Vorlesung Astronomie und Astrophysik 2 am 14 01

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: Günter Wunner Institut für Theoretische Physik Universität Stuttgart

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

1918 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 Problem erdgebundener Teleskope: Auflösung durch Turbulenz der Erdatmosphäre auf 0, 5 - 1 Bogensekunden beschränkt 1923 Konzept eines Weltraum-Teleskops Hermann Oberth spekuliert als Erster über die Möglichkeit von Teleskopen in der Erdumlaufbahn

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.

1977 Kongress bewilligt die Mittel zum Bau des Weltraum-Teleskops Benennung zu Ehren von Edwin Hubble 1990 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 1993 Service Mission 1 (SM 1) 2. Dezember: Start Space Shuttle Endeavour, Installation der Korrekturoptik Ersatz von WFPC durch WFPC 2

1997 Service Mission 2 (SM 2) 11. Februar: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz von GHRS durch NICMOS 1999 Service Mission 3 (SM 3 a) 19. November: Safe Mode nach Ausfall des 4. Gyroskops 19. Dezember: Start Space Shuttle Discovery, Ersatz der Gyroskop-Sensor-Einheit Installation neuer Computer, Hauptkundendienst 2002 Service Mission 3 (SM 3 b) 1. März: Start Space Shuttle Columbia, Installation von ACS (Advanced Camera for Surveys) Ersatz von Sonnenzellen 2004 Das Aus für Hubble 16. Januar: Absage aller weiteren Service-Missionen in der Folge des Columbia-Unglücks am 1. 2. 2003

Das Hubble-Weltraum-Teleskop Länge: 13 m Durchmesser: 4 m Masse: 11 Tonnen Energiebedarf: 2, 8 k. W 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

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

3 Millionen Lichtjahre

M 100, 56 Millionen Lj.

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

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

Die kosmologischen Parameter

Das kosmologische Dreieck q

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

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 Ursache identische Wirkung: identische absolute Maximums-Helligkeit identisches zeitliches Abklingverhalten Vorteil des Hubble-Teleskops: Auflösung von SNExplosionen auch in größter Entfernung (z ~ 1 und z > 1)

8 Milliarden Jahre

Ia 5 und 7 Mrd. Jahre

7 Milliarden Jahre

Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen „Brighter is broader“

Supernovae Ia: Eichung kosmischer Standardkerzen Formel:

SN 1997 ff:

SN 1997 ff, 10 Milliarden Jahre

8 Milliarden Jahre

(aus Weigert, Wendker, Wisotzki 2005) (1) W m= 5, WL = 0, positiv gekrümmt (3) W m= 0, WL = 0, negativ gekrümmt (jeweils heutige Werte) (2) W m= 1, WL = 0, flach (SCDM) (4) W m= 0. 3, WL = 0. 7, flach (ΛCDM)

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

In welchem Universum leben wir also?

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