Dunkle Energie – Ein kosmisches Raetsel Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel

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Text of Dunkle Energie – Ein kosmisches Raetsel Dunkle Energie- ein kosmisches Rätsel

  • Folie 1
  • Dunkle Energie Ein kosmisches Raetsel Dunkle Energie- ein kosmisches Rtsel
  • Folie 2
  • Dunkle Energie ein kosmisches Rtsel C.Wetterich A.Hebecker,M.Doran,M.Lilley,J.Schwindt, C.Mller,G.Schfer,E.Thommes, R.Caldwell
  • Folie 3
  • Woraus besteht unser Universum ?
  • Folie 4
  • Feuer, Luft, Wasser, Erde ! Quintessenz !
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  • Expansion des Universums Alle Lngenskalen im Universum sind proportional zu kosmischem Skalenfaktor a(t) Alle Lngenskalen im Universum sind proportional zu kosmischem Skalenfaktor a(t) Hubble parameter H(t) misst "Expansionsgeschwindigkeit des Universums Hubble parameter H(t) misst "Expansionsgeschwindigkeit des Universums Definition: Definition:
  • Folie 6
  • Kritische Dichte c =3 H M c =3 H M Kritische Energiedichte des Universums Kritische Energiedichte des Universums ( M : reduzierte Planck-Masse, M -2 =8 G ; ( M : reduzierte Planck-Masse, M -2 =8 G ; H : Hubble Parameter ) H : Hubble Parameter ) b = b / c b = b / c Anteil der Baryonen an der (kritischen) Energiedichte Anteil der Baryonen an der (kritischen) Energiedichte
  • Folie 7
  • Zusammensetzung des Universums b = 0.045 b = 0.045 dm = 0.225 dm = 0.225 h = 0.73 h = 0.73
  • Folie 8
  • ~60,000 von >300,000 Galaxien Baryonen Staub Staub b =0.045 b =0.045 Nur 5 Prozent unseres Universums Nur 5 Prozent unseres Universums bestehen aus bekannter Materie ! bestehen aus bekannter Materie ! SDSS
  • Folie 9
  • Abell 2255 Cluster ~300 Mpc
  • Folie 10
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  • b =0.045 Von Nukleosynthese, Kosmischer Hintergrundstrahlung
  • Folie 12
  • Dunkle Materie m = 0.27 Materie insgesamt m = 0.27 Materie insgesamt Die meiste Materie ist dunkel ! Die meiste Materie ist dunkel ! Bisher nur durch Gravitation sprbar Bisher nur durch Gravitation sprbar Alles was klumpt! Gravitationspotential Alles was klumpt! Gravitationspotential
  • Folie 13
  • Gravitationslinse,HST
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  • Dunkle + baryonische Materie : Alles was klumpt !
  • Folie 15
  • Rumlich flaches Universum Theorie (Inflationres Universum ) Theorie (Inflationres Universum ) tot =1.0000.x tot =1.0000.x Beobachtung ( WMAP ) Beobachtung ( WMAP ) tot =1.02 (0.02) tot =1.02 (0.02) tot = 1
  • Folie 16
  • Foto des Urknalls
  • Folie 17
  • NASA/GSFC Chuck Bennett (PI) Michael Greason Bob Hill Gary Hinshaw Al Kogut Michele Limon Nils Odegard Janet Weiland Ed Wollack Princeton Chris Barnes Norm Jarosik Eiichiro Komatsu Michael Nolta UBC Mark Halpern Chicago Stephan Meyer Brown Greg Tucker UCLA Ned Wright Science Team: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe A partnership between NASA/GSFC and Princeton Lyman Page Hiranya Peiris David Spergel Licia Verde
  • Folie 18
  • Mittelwerte tot =1.02 m =0.27 b =0.045 dm =0.225
  • Folie 19
  • tot =1
  • Folie 20
  • Dunkle Energie m + X = 1 m + X = 1 m : 30% m : 30% h : 70% Dunkle Energie h : 70% Dunkle Energie h : homogen, oft auch statt h
  • Folie 21
  • Dunkle Energie : homogen verteilt
  • Folie 22
  • Dunkle Energie : Vorhersage: Die Expansion des Universums beschleunigt sich heute !
  • Folie 23
  • Zeit Perlmutter 2003 Abstand
  • Folie 24
  • Supernova Ia Hubble-Diagramm Riess et al. 2004 Rotverschiebung z
  • Folie 25
  • Strukturbildung Aus winzigen Anisotropien wachsen die Strukturen des Universums Sterne, Galaxien, Galaxienhaufen Ein primordiales Fluktuationsspektrum beschreibt alle Korrelatonsfunktionen !
  • Folie 26
  • Strukturbildung : Fluktuationsspektrum Waerbeke CMB passt mit Galaxienverteilung Lyman und Gravitationslinsen- Effekt !
  • Folie 27
  • Konsistentes kosmologisches Modell !
  • Folie 28
  • Zusammensetzung des Universums b = 0.045 sichtbar klumpt b = 0.045 sichtbar klumpt dm = 0.225 unsichtbar klumpt dm = 0.225 unsichtbar klumpt h = 0.73 unsichtbar homogen h = 0.73 unsichtbar homogen
  • Folie 29
  • Dunkle Energie Ein kosmisches Raetsel Dunkle Energie- ein kosmisches Rtsel
  • Folie 30
  • Was ist die dunkle Energie ? Kosmologische Konstante oder Quintessenz ?
  • Folie 31
  • Kosmologische Konstante Konstante vertrglich mit allen Symmetrien Konstante vertrglich mit allen Symmetrien Zeitlich konstanter Beitrag zur Energiedichte Zeitlich konstanter Beitrag zur Energiedichte Warum so klein ? /M 4 = 10 -120 Warum so klein ? /M 4 = 10 -120 Warum gerade heute wichtig? Warum gerade heute wichtig?
  • Folie 32
  • Kosm. Konst. | Quintessenz statisch | dynamisch
  • Folie 33
  • Kosmologische Massenskalen Energie - Dichte Energie - Dichte ~ ( 2.410 -3 eV ) - 4 ~ ( 2.410 -3 eV ) - 4 Reduzierte Planck Masse M=2.4410 18 GeV Newtons Konstante G N =(8M) Nur Verhltnisse von Massenskalen sind beobachtbar ! homogene dunkle Energie: h /M 4 = 6.5 10 homogene dunkle Energie: h /M 4 = 6.5 10 Materie: m /M= 3.5 10 Materie: m /M 4 = 3.5 10
  • Folie 34
  • Zeitentwicklung m /M 4 ~ a ~ m /M 4 ~ a ~ r /M 4 ~ a 4 ~ t -2 r /M 4 ~ a 4 ~ t -2 Strahlungsdominiertes Universum Grosses Alter kleine Grssen Grosses Alter kleine Grssen Gleiche Erklrung fr dunkle Energie ? Gleiche Erklrung fr dunkle Energie ? t Materie dominiertes Universum t 3/2 Strahlungsdominiertes Universum
  • Folie 35
  • Quintessenz Dynamische dunkle Energie, vermittelt durch Skalarfeld vermittelt durch Skalarfeld (Kosmon) (Kosmon) C.Wetterich,Nucl.Phys.B302(1988)668 24.9.87 B.Ratra,P.J.E.Peebles,ApJ.Lett.325(1988)L17, 20.10.87
  • Folie 36
  • Kosmon Skalarfeld ndert seinen Wert auch in der heutigen kosmologischen Entwicklung Skalarfeld ndert seinen Wert auch in der heutigen kosmologischen Entwicklung Potenzielle und kinetische Energie des Kosmons tragen zur Energiedichte des Universums bei Potenzielle und kinetische Energie des Kosmons tragen zur Energiedichte des Universums bei Zeitabhngige dunkle Energie : Zeitabhngige dunkle Energie : h (t) fllt mit der Zeit ! h (t) fllt mit der Zeit !
  • Folie 37
  • Kosmon Winzige Masse Winzige Masse m c ~ H m c ~ H Neue langreichweitige Wechselwirkung Neue langreichweitige Wechselwirkung
  • Folie 38
  • Fundamentale Wechselwirkungen Starke,elektromagnetische,schwache Wechselwirkung GravitationKosmodynamik Auf astronomischen Skalen: Graviton + Kosmon
  • Folie 39
  • Evolution des Kosmonfelds Feldgleichung Feldgleichung Potenzial V() bestimmt Details des Modells Potenzial V() bestimmt Details des Modells z.B. V() =M 4 exp( - /M ) z.B. V() =M 4 exp( - /M ) Fr wachsendes fllt Potenzial gegen Null Fr wachsendes fllt Potenzial gegen Null
  • Folie 40
  • Kosmologische Gleichungen
  • Folie 41
  • Quintessenz wird heute wichtig
  • Folie 42
  • Zustandsgleichung p=T-V Druck kinetische Energie p=T-V Druck kinetische Energie =T+V Energiedichte =T+V Energiedichte Zustandsgleichung Zustandsgleichung Hngt von spezifischer Evolution des Skalarfelds ab
  • Folie 43
  • Negativer Druck w < 0 h wchst w < 0 h wchst w < -1/3 Expansion des Universums ist w < -1/3 Expansion des Universums ist beschleunigt beschleunigt w = -1 Kosmologische Konstante w = -1 Kosmologische Konstante
  • Folie 44
  • Wie kann man Quintessenz von kosmologischer Konstanten unterscheiden ?
  • Folie 45
  • Zeitabhngigkeit der dunklen Energie Kosmologische Konstante : h ~ t ~ (1+z) -3 M.Doran,
  • Folie 46
  • Folie 47
  • Wie unterscheidet man Q von ? A) Messung h (z) H(z) h (z) zur Zeit der h (z) zur Zeit der Strukturbildung, CMB - Emission Strukturbildung, CMB - Emission oder Nukleosynthese oder Nukleosynthese B) Zeitvariation der fundamentalen Konstanten
  • Folie 48
  • Quintessenz und Zeitabhngigkeit fundamentaler Konstanten C.Wetterich, Nucl.Phys.B302,645(1988)
  • Folie 49
  • Sind fundamentale Konstanten zeitabhngig ? Feinstrukturkonstante (elektrische Ladung) Verhltnis Nukleonmasse zu Planckmasse
  • Folie 50
  • Quintessenz und Zeitabhngigkeit der fundamentalen Konstanten Feinstrukturkonstante hngt vom Wert des Feinstrukturkonstante hngt vom Wert des Kosmon Felds ab: () Kosmon Felds ab: () aehnlich Higgsfeld in schwacher Wechselwirkung aehnlich Higgsfeld in schwacher Wechselwirkung Zeitentwicklung von Zeitentwicklung von Zeitentwicklung von Zeitentwicklung von Jordan Jordan
  • Folie 51
  • A.Coc Primordiale Hufigkeiten der leichten Elemente aus der Nukleosynthese
  • Folie 52
  • wenn jetzige Messung von 4 He besttigt: / ( z=10 10 ) = -1.0 10 -3 GUT 1 / ( z=10 10 ) = -2.7 10 -4 GUT 2 C.Mueller,G.Schaefer,
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  • Variation der Feinstrukturkonstanten als Funktion der Rotverschiebung Webb et al Srianand et al
  • Folie 54
  • Variation der Feinstrukturkonstanten Drei unabhngige Datenstze von Keck/HIRES Drei unabhngi