Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Freitag, 18. Oktober 2019

Nobelpreis Physik an Astronomen: 6. Akustik im frühen Kosmos

380 000 Jahre nach dem Urknall bestand der Kosmos aus einem dichten Gas. Und darin gibt es Dichteschwankungen und es können sich Schallwellen ausbreiten.

Sachse und Wolfe haben gezeigt, dass sich die Dichteschwankungen auf die Temperatur auswirken. In Gebieten größerer Dichte verlieren die Photonen beim WEegfliegen Energie, sie erscheinen kälter. Aus dünneren Gebieten können sie dagegen früher entweichen, also als der Kosmos etwas heißer war. Beide Effekte sind gegenläufig, heben sich abe rnicht auf. Deswegen kann man aus der Energie der Photonen die Dichteverteilung bestimmen. Dieser Effekt sorgt für Fluktuationen, die heute am Himmel Ausdehnungen von über 3° haben.

Intensitätsschwankungen aus kleinere Bereichen werden auf akustische Schwingungen des Plasmas zurückgeführt.Peebles hat sie zusammen mit Yu berechnet, Jahrzehnte später sind diese Fluktuationen vom Plancksatelliten präzise vermessen worden.
Dazu hat Peebles als erster die Wirkung von kalter DM mit einberechnet.

Wir sehen sozusagen die Wellenberge von stehenden Wellen im frühen Kosmos. Die Wellenlänge dieser Wellen und die Amplitude dient dazu die genaue Geometrie und die Expansion des Kosmos zu bestimmen.
Peebles konnte ausrechnen, wie groß die Schwingungsstrukturen im Urgas waren, durch den Vergleich mit den Beobachtungen kann man die Raumkrümmung bestimmen: positiv gekrümmter Raum wirkt wie eine Lupe, die Strukturen erscheinen uns größer. Bei negativ gekrümmtem Raum sehen wir wie durch eine Zerstreuunglinse die Strukturen verkleinert.
Da wir sie in der richtigen Größe sehen, muss der Raum euklidisch, nicht gekrümmt, sein.

 Das zeigt besonders die Lage von Peak 1 (auf der x-Achse werden die Strukturgrößen, d.h. die Wellenlängen der stehenden Wellen aufgetragen).
Aus der Lage des zweiten Peaks (erste Oberschwingung) können wir bestimmen, dass die normale Materie nur 5% der Gesamtenergie des Kosmos ausmacht.
Die zweite Oberschwingung (Peak 3) zeigt, dass der Kosmos 26% DM enthalten muss.

Im nächsten Post sehen wir uns genauer an, wie die Raumstruktur die Strukturgrößen beeinflusst und wie die modernen Messungen zu Peebles Vorhersage (Kurve oben) aussehen.




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