Eine Reise durch 12 Milliarden Jahre voller Rätsel

Eine Reise durch 12 Milliarden Jahre voller Rätsel

Karl Mannheim Physik am Samstag 4.5.2002 Universität Würzburg

Reisestationen • • • • • •

Sonnensystem Milchstraße Galaxienhaufen Großräumige Struktur Mikrowellenhintergrund Urknall

Lichtgeschwindigkeit • c = 300.000 km / s • Lichtlaufzeit t=d/c Sonne 0 8 Minuten Zentrum der Milchstraße 0 25.000 Jahre Virgo – Galaxienhaufen 0 10 Millionen Jahre Superhaufen 0 300 Millionen Jahre Quasare 0 5 Milliarden Lichtjahre (Erdalter 4.55 Milliarden Jahre) Hintergrundstrahlung, Urknall 0 12−14 Milliarden Jahre

Rätsel #1: Zu wenige Neutrinos von der Sonne…

0 Neutrinos haben wahrscheinlich Masse

Pioneer 10

Rätsel #2: 1972: Start zur Erkundung von Jupiter und Saturn 1973: Jupitervorbeiflug 2002: Radarkontakt am Rande des Sonnensystems (Radarlaufzeit Sonne− Erde 8 min, hier das 80fache!) 0 Pioneer 10/11: Analyse der Bahndaten zeigt Kraft unbekannten Ursprungs in Richtung Sonne (a ~ 10−8 m s−2) 0 Änderung der Gravitationskonstante in Newtons Gesetz F=GMm/r2 ? (G ist im Labor nur schwierig zu messen)

Pioneer 10

Rätsel #3: Rotation der Spiralgalaxien (Babcock 1939, Rubin und Ford 1970)

0 Gesamtmasse mehr als dynamische Masse

Sternentstehung in Molekülwolken

Dunkelmaterie Halo

Rätsel #4: Galaxienhaufen (Zwicky 1933)

Virialsatz: 2K=E

a

GM / R = σ2 Gravitationslinseneffekt: ∆θ = f (M, D)

0 Masse des Röntgenplasmas weniger als Gesamtmasse

Supermassive Schwarze Löcher in Galaxien

Doppler−Effekt

Expandierndes Universum

Rätsel #5: Großräumige Struktur

Zeit

Rätsel #6: Mikrowellen− fluktuationen

Dunkelmaterie • Die Massendiskrepanzen deuten auf Dunkelmaterie, die sich nur durch ihre Gravitation bemerkbar macht und keine elektromagnetische Wechselwirkung hat • Molekülwolken, alte Sterne oder Schwarze Löcher reichen nicht aus, um die Dunkelmaterie zu erklären • Neutrinos sind zu leicht, sie verklumpen nicht zu Galaxien und Galaxienhaufen • Dunkelmaterie kann nicht das Spektrum der Mikrowellenfluktuationen erklären

Rätsel #7: Dunkelenergie (beschleunigte Expansion)

Rätsel #8: Warum ist das Universum flach?

Grenzen des Wissens in der Astronomie • • • • • • • •

Neutrinodefizit Pioneer 10/11 Effekt Rotation der Spiralgalaxien Masse in Galaxienhaufen Wachstum der großräumigen Struktur Mikrowellenfluktuationen Dunkelenergie Flachheit des Universums

Antwort in der Vereinigung von Gravitation und Quantenmechanik ?

MAGIC

Leseempfehlung

Alan Guth: The Inflationary Universe, Addison− Wesley, 1997