Kein Folientitel

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(No Transcript)
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• Dunkle Materie und Dunkle Energie

Uli Klein
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• 100 Milliarden Sterne (Sonnen)

• 100 000 Lichtjahre Durchmesser

• 250 Millionen Jahre Rotationsperiode

100 Milliarden Galaxien im Universum!
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Galaxienzoo
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(No Transcript)
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Gravitation die Kraft, die jeglicher
Materie zu eigen ist
läßt den Apfel zum Boden fallen
Himmelkörper um andere kreisen Gas und
Sterne um das Zentrum der
Milchstraße kreisen
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Newton und der Apfel
Massen ziehen sich gegenseitig an!
Gravitationskraft Wo Materie ist, zieht sie sich
gegenseitig an
r
m1
m2
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mk
G 6.67 10-8 cm3 g-1 s2 ME 5.97 1027
g RE 6370 km 6.37 108 cm a 981 cm s-2
Gewicht Anziehungskraft an der Erdoberfläche
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Gewicht Anziehungskraft an der Erdoberfläche
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Parabelwurf und Parabelflug
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Kanonenkugeln und Planeten
Kanonenkugel fällt zu Boden
Planeten kreisen stabil
3. Keplergesetz erlaubt Massenbestimmung!
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Kopernicus, Kepler, Galilei, Newton Aufklärung!
Seit Ptolemäus (um 85 ca. 165)
heliozentrisches Weltsystem
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Planetenbewegung rätselhaft bis ca. 1600!
Erklärung über Epizykel
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Kopernicus und das veränderte Weltbild
Nicolaus Kopernicus (1473 -1543), der
Revolutionär die Sonne steht im Zentrum!
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Kepler und die Planetenbewegungen
Johannes Kepler (1571 - 1630) Erklärung der
Planetenbahnen
die Planeten müßten sich immer gleich schnell um
die Sonne bewegen, tun sie aber nicht!
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Kepler (1609) Planeten bewegen sich auf
elliptischen Bahnen welch eine Leistung!

• Kometen

• Planeten

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Gallileo Gallilei (1564 - 1642) der
Revolutionär und das Fernrohr
Heliozentrisches System
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die Entdeckung der Jupitermonde
1609 Entdeckung 1610 Sidereus Nuncius
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Newton und der Apfel erklären alles ...?
Isaac Newton (1643 - 1727) das Gravitationsgesetz
1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
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Gravitation ist nur eine Eigenschaft der Materie
Wie können wir sie sehen?
Strahlung der gravitierenden Materie
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Baryonische Materie emittiert Photonen .
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. oder absorbiert sie
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Baryonische Materie Eigenschaften und
Bedeutung ßa??? (barys) schwer
aus dem Alltag bekannt
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Entstehung der Sterne aus Molkülwolken -
gravitativer Kollaps - mit Energieabstrahlung -
und Drehimpulsverlust
beteiligt Gravitation Elektromagnetismus
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Sternentstehung Wolke Protostern Ste
rn
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Galaxienentstehung mit Baryonen die Materie
kollabiert zu einer Scheibe
Galaxienentstehung
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Dunkle Materie

• J. Oort (1933) z-Bewegung der Sterne
• F. Zwicky (1933) Galaxiengeschwindigkeiten im
  Comahaufen
• K. Freeman (1970) Rotation exponentieller
  Galaxienscheiben
• J. Ostriker (1973) Galaxienscheiben
  stabilisiert durch massive Halos
• J. Peebles
• V. Rubin (1980) Rotation der Galaxien

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Galaxienhaufen
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Interstellarer Wasserstoff Gas zwischen den
Sternen
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Radiointerferometrie
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LB 0.5 ? L
LB 0.06 ? L
LB 0.005 ? L
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Dunkle Materie in Galaxien
Scheibengalaxien Gas und Sterne auf Kreisbahnen
erwartet Kepler-Rotation
beobachtet
Diskrepanz Dunkle Materie
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DM-dominierte Galaxien!
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Heißes (107?8 K) Gas in Galaxienhaufen
X-rays and optical
Gravitation hält das Gas fest!
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Albert Einstein Licht wird im Gravitationsfeld
abgelenkt
Gravitationslinsen
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Massenbilanz in Galaxienhaufen
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Die Expansion des Weltalls Dunkle Energie
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Kosmische Expansion
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Alexander Friedman Dynamik des Universums
Albert Einstein wollte ein statisches Universum
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Standardkerzen zur Entfernungsbestimmung und
Analyse der kosmischen Expansion
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Helligkeit nimmt mit dem Quadrat der Entfernung
ab Supernovae Ia sind alle gleich
leuchtstark gemessene Helligkeit ?
Entfernungsmaß
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... beschleunigte Expansion!
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Die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung
Relikt des Urknalls
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COBE WMAP
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• das Universum ist flach
• Dunkle Materie
• beschleunigte Expansion und Dunkle Energie

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Und die Zukunft des Universums ....?
gegenwärtige Expansion deutet kalten Tod an!
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Massen-Energiebilanz des Universums
Was ist die dunkle Materie, was die Dunkle
Energie? zunächst moderne Epizykel
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Computer-Experimente mit Dunkler Materie z.B.
Ben Moore, ETH Zürich
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Galaxienhaufen
Beobachtung
Simulation
Simulation mit Kalter Dunkler Materie (?CDM)
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Simulation einer Galaxienkollision The Mice
Real existierend
Simulation
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Laborexperimente? eine Disziplin der
(Hochenergie-)Physik Suche nach Dunkler
Materie HDM ultrarelativistisch WDM
relativistisch CDM nicht relativistisch Kandida
ten Axionen, WIMPs, sterile Neutralinos,
Collider-Experimente Direkter Nachweis
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Hochenergiephysik Large Hadron Collider (LHC) _at_
Cern
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• kreisförmiger Tunnel, 27 km, 50 m bis 175 m
  unter dem Erdboden
• Kollision gegenläufiger Protonenstrahlen
• p-p-Kollisionen bei Energie von 7 TeV pro Strahl
• Start in Bälde

• Detektoren z.B. ATLAS
• Test des Standard-Modells
• Suche nach bislang unbekannten Teilchen

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Vakuum-Strahlrohre
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ATLAS-Detektor 7000 Tonnen, 5 Stockwerke hoch
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Direkter Nachweis Dunkler Materie z.B. XENON _at_
Gran Sasso Ziel geringes Ladungs- und
Lichtsignal finden, hervorgerufen durch direkten
Stoß eines DM-Teilchens mit einem
Xenon-Kern Benötigt 1 Tonne Xenon-Gas!
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Enge Zusammenarbeit zwischen Physik und
Astrophysik kann in den nächsten Jahren den
Durchbruch bringen
Gemeinsame Ausbildung der interessierten
Studenten in Physik und Astrophysik wichtig!
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Danke fürs Zuhören!
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Galaxienentstehung
Gasdichte Drehimpuls
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Der Satellit COBE COsmic Microwave Background
Explorer
?T/T ? 10-5
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Das Einläuten der Präzisionskosmologie WMAP
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
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Numerische Simulationen auf kosmologischen Skalen
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alles hängt an der kosmologischen Konstante!