Post on 05-Apr-2015
transcript
Kosmologie mit Supernovae 1a
Vortrag von Marius Köhl am 26.01.07
Inhalt
• Allgemeines
• Standardkerzen
• Rotverschiebung und Hubble-Gesetz
• Theorie und Parameter der Expansion
• Messungen entfernter Supernovae
• Resultate
KOSMOLOGIE
•Allgemeine Relativitätstheorie
•Astrophysik/Astronomie und Teilchenphysik
Ziele:
Grundlagen:
•Zeitliche Entwicklung des Universums (Expansion/ Kontraktion?)
•Materie- und EnergiedichtenDunkle Materie, Dunkle Energie
•Strukturentstehung
Standardkerze
•Hohe Leuchtkraft: über kosmologische Distanzen beobachtbar
•Einheitliches Verhalten
•Einfach identifizierbar und klar abgegrenzt
•Zentrale Messung:
Leuchtkraft einer Standardkerze
als Funktion der Rotverschiebung
msmm
tstt
1
Stretch (Phillips-Relation)
zz
100
Rotverschiebung z
Ursachen:
•Tieferes Gravitationspotential •Relativbewegung•Expansion des Universums
DHzc 0
Näherung für kleine Distanzen:
Hubble-Gesetz
Edwin Hubble (1929)
Mpcs
kmH
10700
1log5
LD
Mm
Distance modulus
•Licht enthält Informationen über die integrale Expansion während der Laufzeit
•Lineares Hubble-Gesetz gilt nicht mehr
2.0zEntferntere Objekte
22
2
2222
1)( dr
kr
drtadtds
Robertson-Walker-Metrik (homogenes, isotropes Universum
a(t) Skalenfaktor
Offenes UniversumFlaches UniversumGeschlossenes Universum 1
0
1
k
k
k
i
ii
p
Zustandsgleichungen
Materie 0 Photonen +1/3 Kosmologische Konstante/Dunkle Energie -1
kritisch
ii
Relative Anteile von Materie und Energie
2
22
3
8
a
kG
a
aH
Friedmann-Gleichung
Dynamik des Universums
Aus der Helligkeit bestimmte Entfernung
Luminosity Distance
z
iiL zzzdSz
H
cD i
0
2/12
0332/1
02/1
00
11)1(
i
i 10
1,sinh
0,
1,sin
kx
kx
kx
xS
Aus den Friedmanngleichungen als Funktion von iiz ,,
Reihenentwicklung
302
0 2
1z
qzz
H
cDL
i
iiq 312
10
1. Ordnung:
Im nahen Universum skaliert Distanz mit der Rotverschiebung z (Hubble-Gesetz)
2. Ordnung:
hängt von der Abbremsungs(Beschleunigungs-)Rate ab 0qLD
2
1
0
0M
M
q
Beispiel:
LD
00 q
ist kleiner als in erster Näherung. Entfernte Standardkerzen erscheinen für ihre Rotverschiebung zu hell/nah. Die Expansion verlangsamt sich.
LD
00 q ist größer als in erster Näherung. Entfernte Standardkerzen erscheinen für ihre Rotverschiebung zu dunkel/fern. Die Expansion beschleunigt sich.
3.0zMessungen bei
SCP (Supernova Cosmology Project), HZSNS (High Z Supernova Search)
1M 0Resultate nicht kompatibel mit
SN sind dunkler als erwartet, Expansion beschleunigt sich
Abweichung vom „Standarduniversum“ 03.0 M
Systematische Fehler
•K-Korrekturen (0.01 mag)
•Absorption durch Staub (0.06mag)
•Auswahleffekte (0.01 mag)
•Gravitationslinsen (0.02 mag bei z=0.5)
•Entwicklung der Galaxien
Es existiert eine „Dunkle Energie“
Mit
und
7.0
?
1
Kosmologische Konstante ?
Als Vakuumenergie?
Variables Skalarfeld?
(„Quintessenz?“)
•Supernovae 1a sind geeignete Standardkerzen
•Nahe Supernovae: aktuelle Expansionsrate
•Ferne Supernovae: Expansionsgeschichte
•Expansion beschleunigt sich
•Dunkle Energie!
tH0H
Zusammenfassung
0
Natur der dunklen Energie unbekannt, Zustandsgleichung unbekannt
Je nach Wahl des Parameters ergeben sich Abweichungen. Um dort wirklich Aussagen machen zu können, sind weit höhere Genauigkeiten nötig
p
Materieart mit Zustandsparameter
Muss angenommen werden, nicht zwingend3
1
1
1 M
xM ,
Grenzen für
unter der Bedingung
1 M
SNAP (Supernova Acceleration Probe)
Satellit zur ausschliesslichen Suche nach SN1a
Vorteile
Viele Beobachtungen bei hoher Rotverschiebung bis z=1.7Geringere systematische FehlerMöglichweise Untersuchung einer Zeitabhängigkeit der Zustandsparameter Exklusiv für SN-Messungen, 2000 pro JahrStart für 2013 vorgesehen
CMB Messung wird sich ebenfalls stark verbessern, sind jedoch relativ unempfindlich gegenüber dunkler Energieund der beschleunigten Expansion.
SN sind z.Zt. der beste Untersuchungsgegenstand für diese Dinge. Verschiedene Techniken ergänzen sich in der Eingrenzung der Parameter.
68%-Linien
Flaches Universum vorausgesetzt, gestützt durch CMB
Innere Linien: Unter Berücksichtigung von Daten zu aus beobachteter Massenverteilung
Zeitabhängigkeit gemäß
M
zz 0)(
Supernovae II:
Intrinsische Ungenauigkeit von 10-20%
Wurden verwendet zur unabhängigen Messung von H_0
Besitzen zumindest Potential, Messungen aus 1a bestätigen