Andromeda Galaxy von Hubble, NASA
Andromeda Galaxy von Hubble, NASA
We are not alone
Hubble 1924:
- Andromeda weit entfernt
- eine von vielen "Insel Universen"
Hubble 1924:
- Andromeda weit entfernt
- eine von vielen "Insel Universen"
Hubble 1995
- unzählbar viele Galaxien
(100 - 2,000 Mrd)
Hubble Deep Field, ESA
We are not alone
We are not alone
We are not alone
Hubble 1929: Entfernte Galaxien fliehen schneller
Hubble 1929: Entfernte Galaxien fliehen schneller
Universum expandiert
Einstein 1925: Allgemeine Relativität
Beschreibt Expansion
Mathematische Grundlage für Urknall Modell (Lemaitre 1927)
R_{\mu \nu} - \frac{1}{2}Rg_{\mu \nu} + \Lambda g_{\mu \nu} = \frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu \nu}
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma blockiert Licht
Abkühlung macht Universum transparent
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma lässt kein Licht hindurch
Abkühlung macht Universum transparent
Alpher 1948: Letztes Glühen des Plasma noch heute sichtbar?
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma lässt kein Licht hindurch
Abkühlung macht Universum transparent
Alpher 1948: Letztes Glühen des Plasma noch heute sichtbar?
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma lässt kein Licht hindurch
Abkühlung macht Universum transparent
Alpher 1948: Letztes Glühen des Plasma noch heute sichtbar?
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma lässt kein Licht hindurch
Abkühlung macht Universum transparent
Alpher 1948: Letztes Glühen des Plasma noch heute sichtbar?
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma lässt kein Licht hindurch
Abkühlung macht Universum transparent
Alpher 1948: Letztes Glühen des Plasma noch heute sichtbar?
Penzias & Wilson 1965: Messen Kosmische Hintergrundstrahlung
Lemaitre 1931: Universum war Kompakt und Heiss
Plasma lässt kein Licht hindurch
Abkühlung macht Universum transparent
Alpher 1948: Letztes Glühen des Plasma noch heute sichtbar?
Penzias & Wilson 1965: Messen Kosmische Hintergrundstrahlung
Identisch in allen Richtungen
Bestätigt Urknall
Kosmische Hintergrundstrahlung
Penzias & Wilson 1965:
unglaubliche Vorhersage bestätigt
nicht ohne Urknall erklärbar
Kosmische Hintergrundstrahlung
COBE 1989:
Symmetrie nicht perfekt
Kosmische Hintergrundstrahlung
COBE 1989:
Symmetrie nicht perfekt
Spektrum passt zu Model
Kosmische Hintergrundstrahlung
WMAP 2003:
Quantitative Kosmologie
Vergleich:
Kosmisches Modell - CMB Feinstruktur
Kosmische Hintergrundstrahlung
Planck 2013:
Hochpräzisions Kosmologie
Kosmische Hintergrundstrahlung
Planck 2013:
Hochpräzisions Kosmologie
Kosmische Hintergrundstrahlung
Planck 2013:
Hochpräzisions Kosmologie
Daten passen perfekt zu Modell
mit dunkler Materie & Energie
\Lambda\text{CDM}
Kosmische Hintergrundstrahlung
Planck 2013:
Hochpräzisions Kosmologie
Daten passen perfekt zu Modell
mit dunkler Materie & Energie
\Lambda\text{CDM}
Dunkle Materie?
"Normale" Materie
- emittiert & folgt Gravitation
- interagiert mit Licht
- reagiert chemisch
- besteht aus:
- Protonen
- Neutronen
- Elektronen
Dunkle Materie?
"Normale" Materie
- emittiert & folgt Gravitation
- interagiert mit Licht
- reagiert chemisch
- besteht aus:
- Protonen
- Neutronen
- Elektronen
Dunkle Materie
- emittiert & folgt Gravitation
- interagiert nicht mit Licht
- reagiert nicht chemisch
- besteht aus:
- unbekannt
Dunkle Materie?
"Normale" Materie
- emittiert & folgt Gravitation
- interagiert mit Licht
- reagiert chemisch
- besteht aus:
- Protonen
- Neutronen
- Elektronen
Dunkle Materie
- emittiert & folgt Gravitation
- interagiert nicht mit Licht
- reagiert nicht chemisch
- besteht aus:
- unbekannt
Dunkel = Unbekannt
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
Braucht gleichmässig verteilte, dunkle Materie
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Gravitationslinseneffekt (1979)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Gravitationslinseneffekt (1979)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Gravitationslinseneffekt (1979)
James Webb Telescope
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Gravitationslinseneffekt (1979)
James Webb Telescope
Braucht mehr als sichtbare Materie
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
Konsistente Simulation nur mit dunkler Materie
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Bullet Cluster (2006)
Materie
Dunkle Materie
gebremst
ungebremst
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Bullet Cluster (2006)
Materie
Dunkle Materie
gebremst
ungebremst
Smoking gun: zeigt deutlichen Unterschied
Weitere Hinweise auf Dunkle Materie
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
Alternativen
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
Modified Netwon Gravity (MOND)
Alternativen
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
Modified Netwon Gravity (MOND)
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
Modified Netwon Gravity (MOND)
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
F(R) Schwerkraft
Alternativen
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
Modified Netwon Gravity (MOND)
- Galaxienrotation (Zwicky 1933)
- Rotationskurven von Spiralgalaxien (Rubin 1970s)
- Gravitationslinseneffekt (1979)
- Large-Scale Struktur des Kosmos (2000s)
- Bullet Cluster (2006)
- Expandierendes Universum (Hubble 1929)
F(R) Schwerkraft
Alternativen?
Dunkle Energie?
"Normale" Energie
- beeinflusst Expansion
- positiver Druck
- anziehend, kontraktion
- interagiert mit Materie
- Formen:
- thermisch
- kinetisch
- ...
Dunkle Energie?
"Normale" Energie
- beeinflusst Expansion
- positiver Druck
- anziehend, kontraktion
- interagiert mit Materie
- Formen:
- thermisch
- kinetisch
- ...
Dunkle Energie
-
beeinflusst Expansion
- negativer Druck
- abstossend, expansion
- interagiert nicht mit Materie
- Formen:
- unbekannt
Hinweise auf Dunkle Energie
- Supernovae und Rotverschiebung
- Flaches Universum
- Large-Scale Struktur
- CMB Anisotropien
Hinweise auf Dunkle Energie
Expansion
-> Rotverschiebung
- Supernovae und Rotverschiebung
Hinweise auf Dunkle Energie
Betoule 2014
Graph by Quanta Magazine
Expansion
-> Rotverschiebung
Beschleunigte Expansion
-> weniger Rotverschiebung
- Supernovae und Rotverschiebung
Hinweise auf Dunkle Energie
- Supernovae und Rotverschiebung
Submitted to ApJ Jan 5th 2024
Hinweise auf Dunkle Energie
- Supernovae und Rotverschiebung
Submitted to ApJ Jan 5th 2024
Dunkle Energie
erscheint sehr konstant
-0.923 < \omega < -0.992
\omega = -1
Hinweise auf Dunkle Energie
- Supernovae und Rotverschiebung
- Flaches Universum
- Large-Scale Struktur
- CMB Anisotropien
Hinweise auf Dunkle Energie
- Flaches Universum
\Omega_0 = \Omega_M + \Omega_{DM} + \Omega_\Lambda
Hinweise auf Dunkle Energie
- Flaches Universum
\Omega_0 = \Omega_M + \Omega_{DM} + \Omega_\Lambda
Gemessen per
- CMB
- Large-Scale Struktur
- Supernovae
- Baryon Acoustic Oscillations
- Integrated Sachse-Wolf Effect
Hinweise auf Dunkle Energie
- Flaches Universum
bestimmt Schicksal des Kosmos
\Omega_0 = \Omega_M + \Omega_{DM} + \Omega_\Lambda
Hinweise auf Dunkle Energie
- Supernovae und Rotverschiebung
- Flaches Universum
- Large-Scale Struktur
- CMB Anisotropien
Hinweise auf Dunkle Energie
-
Large-Scale Struktur
fit nur mit dunkler Energie - CMB Anisotropien
Hinweise auf Dunkle Energie
- Supernovae und Rotverschiebung
- Flaches Universum
- Large-Scale Struktur
- CMB Anisotropien
Probleme
Probleme
Probleme
Probleme
Probleme
Probleme
Panic!
Probleme
Panic!
Panic!
Probleme
Panic!
Panic!
Panic!
Panic!
Panic!
Probleme
Panic!
Panic!
Panic!
Panic!
Panic!
Probleme
Probleme
Auch Astronomen haben Humor...
Probleme
Das eigentliche Problem: mehr Disks als erwartet
Theorie passt, Parameter anpassen
Probleme
- Missing Satellites
- Clumpiness
- Hubble Tension
- ...
Probleme
- Missing Satellites
zu wenig Satellitgalaxien? Klypin+ 1999
Probleme
- Missing Satellites
zu wenig Satellitgalaxien? Klypin+ 1999
Satelliten dunkler als erwartet 2017
Probleme
Missing Satellites- Clumpiness
- Hubble Tension
- ...
Probleme
- Clumpiness
Subaru Hyper Suprime Cam (HSC)
Frühes Universum war klumpiger?
Probleme
- Clumpiness
Frühes Universum war klumpiger?
Axionen? Statistische Anomalie?
Euclid bringt Gewissheit
Probleme
Missing Satellites- Clumpiness
- Hubble Tension
- ...
Probleme
- Hubble Tension
Messungen zeigen unterschiedliche Expansion
Probleme
- Hubble Tension
Messungen zeigen unterschiedliche Expansion
Probleme
- Hubble Tension
Messungen zeigen unterschiedliche Expansion
Euclid bringt
- genauere Distance Ladder
- Geschichte der Expansion
Euclid
Cannes, Feb '23
Euclid
Cannes, Feb '23
Launch 1 Jul '23
~3,000 Mitarbeiter
Euclid
Euclid
Euclid's Orbit
Euclid
Panoramafenster ins Universum
Nah-Infrarot
Optisch
redshift = 2 ~ 10 Mrd (Licht)Jahre
1/3 des Nachthimmels
ca 10 Mrd Galaxien
in 6 Jahren
Euclid
Panoramafenster ins Universum
Nah-Infrarot
Optisch
redshift = 2 ~ 10 Mrd (Licht)Jahre
1/3 des Nachthimmels, ca 10 Mrd Galaxien
in 6 Jahren
Euclid Ziele
- Geometrie des Universums (dunkle Materie & dunkle Energie)
- Geschichte der Expansion
- Gravitationslinsen
- Evolution von Galaxien
- Large-Scale Struktur
- ΛCDM herausfordern & verbessern
Euclid am
Institut für Datascience
Euclid am
Institut für Datascience
Data Management & Processing
Prof. Martin Melchior, Simon Marcin, Tino Heuberger
KI im Weltall
Prof. Andre Csillaghy, Prof. Martin Melchior,
Dr. Stefan Hackstein, Dr. Predrag Matavulj, Dr. Merve Selcuk,
Francesco Ramunno, Pascal Herzog
Euclid am
Institut für Datascience
Data Management & Processing
Prof. Martin Melchior, Simon Marcin, Tino Heuberger
Data Management & Processing
Data Management & Processing
- Verarbeitung & Speicherung der Beobachhtungsdaten 1 PB
- Data & Process Management 9 Datencenter
- Abgleich mit anderen Instrumenten gesamt 150 PB
- 100k Jobs pro Verarbeitung
- mehrere TB pro Verarbeitung
- bis 100 Verarbeitungen pro Tag
- Seltene Fehler werden häufig
Data Management & Processing
- Verarbeitung & Speicherung der Beobachhtungsdaten 1 PB
- Data & Process Management 9 Datencenter
- Abgleich mit anderen Instrumenten gesamt 150 PB
- 100k Jobs pro Verarbeitung
- mehrere TB pro Verarbeitung
- bis 100 Verarbeitungen pro Tag
- Seltene Fehler werden häufig
Euclid STAR Prize 2023
Simon Marcin
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
KI im Weltall
10 Million Years
KI im Weltall
42!
10 Million Years
Solar Flares
Solar Flares
Solar Flares
Solar Flare Prediction, a Billion-$ Business
Euclid
Euclid
Geometrie des Raums Beobachten
Dunkle Materie kartieren
Starke Gravitationslinsen entdecken
Euclid
Geometrie des Raums Beobachten
Dunkle Materie kartieren
Starke Gravitationslinsen entdecken
Sehr selten 1:10.000
Milliarden Galaxien sichten braucht KI
Euclid
Geometrie des Raums Beobachten
Dunkle Materie kartieren
Starke Gravitationslinsen entdecken
Sehr selten 1:10.000
Milliarden Galaxien sichten braucht KI
Galaxien Formation
Beeinflusst durch dunkle Materie
Typen & Zusammenhang von Mrd Galaxien
braucht maschinelle Analyse mit KI
Euclid
Geometrie des Raums Beobachten
Dunkle Materie kartieren
Starke Gravitationslinsen entdecken
Sehr selten 1:10.000
Milliarden Galaxien sichten braucht KI
Galaxien Formation
Beeinflusst durch dunkle Materie
Typen & Zusammenhang von Mrd Galaxien
braucht maschinelle Analyse mit KI
Galaxien generieren
Gezielt neue Galaxien erzeugen
mit gewünschten Eigenschaften
mehr Daten zum trainieren
Modell lernt wichtige Eigenschaften
Galaxien generieren
Gezielt neue Galaxien erzeugen
mit gewünschten Eigenschaften
mehr Daten zum trainieren
Modell lernt wichtige Eigenschaften
Welche ist echt?
Galaxien generieren
Gezielt neue Galaxien erzeugen
mit gewünschten Eigenschaften
mehr Daten zum trainieren
Modell lernt wichtige Eigenschaften
Welche ist echt?
Galaxien generieren
Gezielt neue Galaxien erzeugen
mit gewünschten Eigenschaften
mehr Daten zum trainieren
Modell lernt wichtige Eigenschaften
Welche ist echt?
Galaxien generieren
Gezielt neue Galaxien erzeugen
mit gewünschten Eigenschaften
mehr Daten zum trainieren & Modell lernt wichtige Eigenschaften
Schwierigkeit:
- gute Qualität
- Diversität
- Physikalisch korrekt
Euclid an der FHNW
- Daten Infrastruktur
- Künstliche Intelligenz
- Daten Analyse
- Testdaten erzeugen
- Automatische Detektion von
Gravitationslinsen & Galaxientypen
- Essentiell zur Erforschung des dunklen Universums
Euclid erste Bilder
Horsehead Nebula
NGC 6822
Globular Clusters and Starforming Regions
IC 342
Perseus Cluster
Perseus Cluster
Zusammenfassung
- Dunkle Energie & Dunkle Materie: exzellente Theorie
- Einzige konsistente Beschreibung des Kosmos
- Offene Fragen: Hubble-Tension, Clumpiness, ...
- Euclid: Panoramafenster ins All
- hohe Präzision durch Statistik 10 Mrd Galaxien
- bringt Licht ins dunkle Universum
- i4DS: Infrastruktur & KI im Weltall
Dunkles Universum
By Stefan Hackstein
