Supernova Kosmologie Projekt

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Heutiges Thema ❢ Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

Supernova Kosmologie Projekt 

Achter Vortrag zum Thema Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

im Rahmen des Astronomie & Astrophysik Hauptseminars SS 2004 

Hauptseminar SS 2004 Daniel Belcher 2 8. Juni 2004 powered by L AT E X 2ε

Ein paar Fragen. . . Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Was ist das Supernova Kosmologie Projekt eigentlich ? 

❦ Was sind Standardkerzen und in welchen Bereichen werden diese verwendet ? 





❦ Was ist eine Typ Ia Supernova ? 

❦ Sind Supernovae vom Typ Ia Standardkerzen ? 

Hauptseminar SS 2004 Daniel Belcher 3-a 8. Juni 2004 powered by L AT E X 2ε





❦ Sind Supernovae vom Typ Ia Standardkerzen ? 

❦ Wie kommt man zu der Ω-Darstellung der Friedmann-Gleichung ? 

❦ Was ist das Ergebnis ? 

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Das Projekt selbst Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


❧ Das Projekt ist im Prinzip ein riesiges Experiment, welches viele 

Forschungseinrichtungen mit einbezieht und über einen langen Zeitraum läuft. 






❧ Dazu werden zunächst Supernovae eines bestimmten Typen als 

Standardkerzen gesucht und observiert. 






❧ Dazu werden zunächst Supernovae eines bestimmten Typen als 

Standardkerzen gesucht und observiert. 

❧ Aus den Beobachtungen werden Erkenntnisse gewonnen, die dem 

kosmologischen Modell eine Richtung geben sollen. 


Standardkerzen Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


❧ Objekte die nahezu die gleiche absolute Helligkeit besitzen, werden als 

Standardkerzen bezeichnet. 






❧ Zwei verschieden hell erscheinende Objekte gleicher absoluten Helligkeit sind, 

sofern irgendwelche Dim-Effekte ausgeschlossen werden können, auch 

verschieden weit vom Beobachtungsort entfernt: dL = L 

4πF 

wobei L und F die intrinsische Leuchkraft und der beobachtete Fluss des Objektes sind. 

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1 

2








4πF 


❧ Äquivalent sind die Größen scheinbare Helligkeit m, welche einer 

logarithmischen Messung des Flusses entspricht, und die absolute Helligkeit 

M (intrinsische Leuchtkraft). 

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1 

2








4πF 


❧ Äquivalent sind die Größen scheinbare Helligkeit m, welche einer 

logarithmischen Messung des Flusses entspricht, und die absolute Helligkeit 

M (intrinsische Leuchtkraft). 

❧ Je nach Entfernung werden verschiedene Objekte als Standardkerzen 

verwendet: 

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1 

2

Entfernungsleiter Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

( 1 Parsec = 3,26 Lichtjahre = 30,9 Petameter ) [2] 


Nova Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


❧ Das Wort nova kommt aus dem Lateinischen und bedeutet neu bzw. neuer 

Stern. Früher wurden diese plötzlich auftretenden hellen Erscheinungen am 

Nachthimmel als Novae bezeichnet, da man von neu entstehenden Sternen 

ausging. 


Nova Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


❧ Das Wort nova kommt aus dem Lateinischen und bedeutet neu bzw. neuer 

Stern. Früher wurden diese plötzlich auftretenden hellen Erscheinungen am 

Nachthimmel als Novae bezeichnet, da man von neu entstehenden Sternen 

ausging. 

❧ Der Nova-Ausbruch ist ein Prozess, bei dem ein Stern innerhalb von Stunden 

bis zum Millionenfachen an Intensität zunehmen kann und dann über einige 

Tage oder gar Wochen langsam wieder zur ursprünglichen Helligkeit verblasst. 

Meist scheint es ein binäres Sternsystem mit einem weißen Zwerg zu sein, der 

vom anderen Stern bis hin zur Instabilität gespeist wird, was ein Absprengen 

der äußeren Schale zur Folge hat. 

Hierbei wird der Stern nicht vernichtet, im Gegenteil, er kann wiederholt auf 

diese Weise aufleuchten! 


Supernova Typ I Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Bei den Supernovae kann sich die Intensität um das Milliardenfache erhöhen - sie 

erscheinen oftmals so hell, wie die Galaxie in der sie vorkommen! Aber im 

Gegensatz zur Nova, geht der Stern dabei auch drauf. 

Da nicht alle Supernovae Spektrallinien des Wasserstoffs aufweisen, werden sie 

zunächst in zwei Typen unterschieden: 



❧ Bei den Supernovae kann sich die Intensität um das Milliardenfache erhöhen - sie 

erscheinen oftmals so hell, wie die Galaxie in der sie vorkommen! Aber im 

Gegensatz zur Nova, geht der Stern dabei auch drauf. 

Da nicht alle Supernovae Spektrallinien des Wasserstoffs aufweisen, werden sie 

zunächst in zwei Typen unterschieden: 

❉ Typ I Supernovae zeigen keine H-Linien, daher wird die Vernichtung eines 

weißen Zwergsterns angenommen, der keine Wasserstoff-Atmosphäre besitzt. 

Ähnlich wie bei dem Nova-Prozess, wird er beispielsweise von einem roten 

Riesen mit ” frischem“ Brennmaterial gespeist und es kann so zu neuen 

Fusionsprozessen im inneren des Zwergsterns kommen, welche allerdings so 

energiereich sind, dass der Stern explodiert. 



Hauptseminar SS 2004 Daniel Belcher 9 8. Juni 2004 powered by L AT E X 2ε 

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Supernova Typ II Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❉ Typ II Supernovae zeigen H-Linien und somit liegt die Vermutung nahe, dass es 

sich um einen schweren Stern handelt. 

Da die Fusionreaktionen einen großen Stern gegen seinen eigenen 

Gravitationskollaps stabilisiert, können Sterne mit 20 oder 30 Sonnenmassen 

entstehen. Ist bei einem solchen großen Stern der Brennvorrat erschöpft, 

kollabiert der Stern und setzt sehr viel Energie frei, welche wir als Supernova 

beobachten können. 


Supernova Typ II Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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Supernova Typ Ia & Ib Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Denkbar ist auch ein großer Stern, dessen Wasserstoffatmosphäre vom eigenen 

stellaren Wind (welcher am stärksten wird, wenn der Stern ausgebrannt ist) 

bereits vor dem Kollaps weggeblasen wurde. So würde die Spektroskopie eines 

solchen Phänomens ebenfalls keine H-Linien aufweisen; diese Supernovae 

werden dann als Typ Ib bezeichnet, obwohl sie mehr Ähnlichkeit mit der zweiten 

Klasse haben. 


Supernova Typ Ia & Ib Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Denkbar ist auch ein großer Stern, dessen Wasserstoffatmosphäre vom eigenen 

stellaren Wind (welcher am stärksten wird, wenn der Stern ausgebrannt ist) 

bereits vor dem Kollaps weggeblasen wurde. So würde die Spektroskopie eines 

solchen Phänomens ebenfalls keine H-Linien aufweisen; diese Supernovae 

werden dann als Typ Ib bezeichnet, obwohl sie mehr Ähnlichkeit mit der zweiten 

Klasse haben. 

❧ Die eben als Typ I vorgestellten Erscheinungen erhielten somit die Bezeichnung 

Typ Ia Supernovae. 


Supernova Typ Ia Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ In diesem kosmologischen Projekt werden genau diese Sn Ia untersucht. 

❧ Das Helligkeitsmaximum liegt bei MPeak ∼ −19, 5 


Supernova Typ Ia Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ In diesem kosmologischen Projekt werden genau diese Sn Ia untersucht. 

❧ Das Helligkeitsmaximum liegt bei MPeak ∼ −19, 5 

❧ Es wurde sogar eine Rate definiert: (0, 19 ± 0, 09) SNU 

1 SN 

wobei: 1 SNU = 10 10 ·LB ⊙ · century 


Supernova 1994D Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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Supernova 1987A Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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Sind Sn Ia Standardkerzen ? Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Sind Sn Ia auch wirklich Standardkerzen ? 

❧ Es ist wichtig, dieser Frage genau auf den Grund zu gehen, da wir mit Hilfe der 

Helligkeit eine Aussage über die Rotverschiebung machen können. 


Sind Sn Ia Standardkerzen ? Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Sind Sn Ia auch wirklich Standardkerzen ? 

❧ Es ist wichtig, dieser Frage genau auf den Grund zu gehen, da wir mit Hilfe der 

Helligkeit eine Aussage über die Rotverschiebung machen können. 

❧ Streng gesehen: 

Sn Ia sind keine Standardkerzen, da sie nicht alle gleich hell sind! 


Verschiedene Helligkeitskurven Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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Normierung Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Macht aber nichts, denn es gibt eine sehr hilfreiche Beziehung, um die einzelnen 

Helligkeiten zu normieren: 



❧ Macht aber nichts, denn es gibt eine sehr hilfreiche Beziehung, um die einzelnen 

Helligkeiten zu normieren: 

❧ Brighter is broader ! MPeak ∝ awidth ( awidth= Breiten-Parameter ) 

❧ Eine hellere Supernova hat eine längere Abklingzeit. Die Helligkeitsdifferenz nach 

fünfzehn Tagen wird normiert: ∆M15 = 1.1 

Hauptseminar SS 2004 Daniel Belcher 18-a 8. Juni 2004 powered by L AT E X 2ε 

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Herleitung der Ω-Formel Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


Einstein-Gleichung: ˙a 2 − 8π 

3 Gσa2 − Λc2 

3 a2 = −qc 2 

Friedmann-Gleichung: H 2 0 = 

 

˙a(t0) 

2 

a(t0) 

= 8π 

3 

Gσ + Λc2 

3 

− qc2 

a 2 





3 Gσa2 − Λc2 

3 a2 = −qc 2 


Normierung: 1 = 8πG 

3H 2 0 

 

˙a(t0) 

2 

a(t0) 

σ + Λc2 

3H 2 0 

= 8π 

3 

Gσ + Λc2 

3 

− qc2 

a 2 H 2 0 

, 

− qc2 

a 2 





3 Gσa2 − Λc2 

3 a2 = −qc 2 



3H 2 0 

 

˙a(t0) 

2 

a(t0) 

σ + Λc2 

3H 2 0 

= 8π 

3 

Gσ + Λc2 

3 

− qc2 

a 2 H 2 0 

− qc2 

a 2 

, σcrit = 3H2 0 

8πG ≈ 8 · 10−27 kg 

m 3 





3 Gσa2 − Λc2 

3 a2 = −qc 2 



3H 2 0 

 

˙a(t0) 

2 

a(t0) 

σ + Λc2 

3H 2 0 

= 8π 

3 

Gσ + Λc2 

3 

− qc2 

a 2 H 2 0 

Dimensionslose Größen: Ωm = σm 

σcrit , ΩΛ = Λc2 

3H 2 0 

Summenregel: 1 = Ωm + ΩΛ + Ωq 

− qc2 

a 2 

, σcrit = 3H2 0 

8πG ≈ 8 · 10−27 kg 

m 3 

= σΛ 

σcrit , Ωq = − qc2 

(aH0) 2 

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Ergebnisse Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Was ergaben die Messungen ? 

❧ Messungen an Sn Ia mit Rotverschiebungen bis eins zeigten bereits eine 

deutliche Tendenz zu einem beschleunigt expandierenden Universum. 


meff = f(z) Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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mres = f(z) Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

Anstatt der effektiven Helligkeit, trägt man auch das Helligkeits-Residuum eines 

leeren Kosmos auf: 

mres = ∆(m − M) 


[9]

Wirklich beschleunigte Expansion? Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Die Supernovae erscheinen bei diesen Rotverschiebungen dunkler als sie es mit 

einer konstanten Expansion täten, daher könnte man statt der beschleunigten 

Expansion auch Dim-Effekte annehmen, beispielsweise durch Staub. 


Wirklich beschleunigte Expansion? Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Die Supernovae erscheinen bei diesen Rotverschiebungen dunkler als sie es mit 

einer konstanten Expansion täten, daher könnte man statt der beschleunigten 

Expansion auch Dim-Effekte annehmen, beispielsweise durch Staub. 

❧ Mit dem modernen Hubble Weltraum Teleskop hat man noch ältere, weiter 

entfernte Supernovae beobachten können mit hohen Rotverschiebung bis zu 1,6 ! 


mres = f(z) Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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Expansion & Ω-Werte Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❧ Diese sehr weit entfernten Sn erscheinen wiederum heller, als sie es bei einem 

ständig beschleunigt expandierenden Universum täten. 

❧ Dadurch werden die Überlegungen mit den Dim-Effekten hinfällig. 






❧ Um diese Beobachtungen zu erklären, nimmt man eine gebremste Expansion vor 

der bis heute andauernden beschleunigten an. 






❧ Um diese Beobachtungen zu erklären, nimmt man eine gebremste Expansion vor 

der bis heute andauernden beschleunigten an. 

❧ Folgende Ω-Werte sind für ein flaches Universum aktuell: 

Ωm = 0, 29 ± 0.05 

0.03 

die anziehende Materie 

ΩΛ = 0, 71 (entsprechend) das abstoßende Geheimnis (Kosmologisches Glied) 

Ωq = 0 der flache Raum 


” a = f(t) “ Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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ΩΛ = f(Ωm) Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 


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Resümee Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Das Supernova Kosmologie Projekt befasst sich also mit stark rotverschobenen 

Supernovae, welche als Standardkerzen herangezogen werden, um die Entwicklung 

unseres Kosmos aufzuklären. 






❦ Standardkerzen sind Objekte deren absolute Helligkeit gleich ist und daher für 

Entfernungsmessungen herangezogen werden können. 








❦ Eine Supernova vom Typ Ia ist eine sehr helle Erscheinung! Sie ist sehr wahrscheinlich 

das Ende eines Weißen Zwergsterns und dessen Begleiter. In diesem Projekt sind sie das 

Untersuchungsobjekt, da sich. . . 











❦ . . . Typ Ia Supernovae als hervorragende Standardkerzen herausgestellt haben, sofern sie 

zuvor normiert wurden. 

Hauptseminar SS 2004 Daniel Belcher 29-c 8. Juni 2004 powered by L AT E X 2ε










❦ . . . Typ Ia Supernovae als hervorragende Standardkerzen herausgestellt haben, sofern sie 

zuvor normiert wurden. 

❦ Nach den neuesten Erkenntnissen verlangsamte sich unser flaches Universum 

bevor es anfing auseinander zu rasen. Was das Kosmologische Glied ist, bleibt 

weiter verborgen, aber klar ist, dass man ohne es den Kosmos nicht mehr 

beschreiben kann! 

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Zukunftsaussichten? Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Es liegt zwar in der Zukunft, nämlich nächste Woche selber Ort und selbe Zeit, 

handelt aber von einer ganz alten Sache: 


Zukunftsaussichten? Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

❦ Es liegt zwar in der Zukunft, nämlich nächste Woche selber Ort und selbe Zeit, 

handelt aber von einer ganz alten Sache: 

Dem frühen Universum und dessen wirklich verstrahlte Zeit. . . 

. . . vorgetragen von Herrn Beck. 


Quellen Supernova Kosmologie Projekt Neuere Entwicklungen der Kosmologie 

Literatur 

[1] www.polaris.net/services/image-archive/space/interstellar/supernova.jpg 

[2] www.wissenschaft-schulen.de/sixcms/media.php/ 586/Muehlbauer-Cepheiden.29743.pdf 

[3] www.solstation.com/x-objects/acc-wd2.jpg 

[4] perso.wanadoo.fr/astroclub.toussaint/vieetmort/lesetoiles.htm 

[5] www.astro.uio.no/nas/mndsbilde/sn1994d.jpg 

[6] www-astronomy.mps.ohio-state.edu/ pogge/Ast162/Unit3/aat050 72c.jpg 

[7] Material von Prof.Dr. Wunner 

[8] http://www-conf.slac.stanford.edu/ssi/2003/lec notes/pinto/pinto.pdf 

[9] http://panisse.lbl.gov/ 

[10] http://arxiv.org/PS cache/astro-ph/pdf/0402/0402512.pdf

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