Messgenauigkeit bei der Entfernungsmessung von Ia Supernovae

[Galaktron]

Hallo, ich habe mal zwei Fragen zur Messgenauigkeit bei der Entfernungsmessung von Ia Supernovae.

Wie gross ist in etwa die Messgenauigkeit bei der Entfernungsmessung einer Ia Supernova mit der Rotverschiebung z=2 ?

Und kann durch oft wiederholte Messungen von unterschiedlichen Ia Supernovae mit der Rotverschiebung z=2 diese Messgenauigkeit nicht statistisch erhöt werden, so das am Ende (zB nach 1000 Messungen) ein genauerer Wert herraus kommt als die Messgenauigkeit vermuten liesse ?

Oder ist es eher so als würde man zB versuchen die Lage eines kleinen Punktes auf einem Raster Foto zu bestimmen, egal wie oft man die Messung wiederholt, die Lage wird nicht genauer bestimmt werden können als die Grösse des Rasters es zulässt.


Vielen Dank im Voraus
Gl.

 

[ralfkannenberg]

Wie gross ist in etwa die Messgenauigkeit bei der Entfernungsmessung einer Ia Supernova mit der Rotverschiebung z=2 ?

Hallo Galaktron,

by z=2 hast du bereits die Effekte der "Dunklen Energie", d.h. auch mit optimaler Messgenauigkeit verbleibt eine Abweichung.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[mac]

Hallo Galaktron,

Im englischen Wikipediaartikel zu SN Ia findest Du im Literaturverzeichnis und in den external links viele Informationen.

Auf dieser Seite findest Du (nicht nur) Messungen zu SN Ia mit z zwischen 0,015 und 1,4

Und in den nachfolgenden Links noch Artikel zu den Unsicherheiten beim Einsatz als Standardkerze.
https://web.archive.org/web/2014031...-type-ia-‘standard-candles’-have-many-masses/
https://www.nationalgeographic.com/.../28/type-1a-supernovas-cosmic-candle-mystery/

Herzliche Grüße

MAC

 

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

an dieser Stelle ein paar Zahlen:

z=0.1 entspricht ~1.3 Milliarden Lichtjahre
z=0.16 entspricht >2.1 Milliarden Lichtjahre (Abstand vom Quasar 3C 273)


Was ich auch sagen will: kann man mit den heutigen Möglichenkeiten Ia-Supernovae bei z=2 überhaupt noch sehen ?


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[astrofreund]

Hallo Ralf,

bei z=2 sprechen wir von heutiger Entfernung von 17,1 Mrd. Lichtjahren und heutiger Fluchtgeschwindigkeit von 1,24c. Messen kann man die Signale dennoch, da dafür die Lichtlaufzeit und nicht die heutige Entfernung in Lichtjahren zuständig ist. Die Lichtlaufzeit bei z=2 beträgt 10,3 Mrd. Jahre (bei z=7 12,9 Mrd. Jahre). Da man theoretisch Signale bis zu einer Lichtlaufzeit von 13,7 Mrd. Jahren messen kann, könnte man Objekte sehen, die heute 45 Mrd. Lj entfernt sind (Z=1090).

Es wurden (lt. Spektrum - Lexikon der Astronomie, https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/rotverschiebung/417) " ... im Bereich z rund 7 sehr weit entfernte Objekte beobachtet. So z.B. wurden mit dem Keck II 10m-Teleskop hinter dem Cluster Abell 370 eine Galaxie mit der Bezeichnung HCM 6A gefunden. Für sie konnte eine Rotverschiebung von z = 6.56 abgeleitet werden (Papier: astro-ph/0203091). Auch die am weitesten entfernten Gammastrahlenausbrüche liegen bei z ~ 6. Im Februar 2004 wurde auf ähnliche Weise eine noch weiter entfernte Galaxie mit dem Keck-Teleskop entdeckt: Die betreffende Galaxie hat eine Entfernung von 6.6 < z < 7.1. "

Die Ia-Supernovae werden lt. einem Papier der Uni Regensburg von Otto Eberhardt (2008)

http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/gebhardt/gebhardt_files/skripten/Entfernungsbest.pdf

nach folgender Methode gemessen:

"Nachteile der SN Ia-Messungen sind die geringe Häufigkeit und, dass sie nicht leicht zu entdecken sind. Damit uns möglichst keine Supernova entgeht, wird mit folgender Strategie gesucht:

1. Man beobachtet bei Neumond so großflächig aber auch genau wie möglich bestimmte dunkle Flecken am Himmel, das heißt Stellen, an denen sich kein Himmelskörper der Milchstrasse befindet, sondern nur tausende stark rotverschobene Galaxien.

2. Beim nächsten Neumond macht man von den gleichen Stellen Aufnahmen und subtrahiert die Aufnahmen vom letzten Mal. Dabei erhält man zur Zeit im Schnitt 12-24 SNe Ia.

3. Jetzt kann man diese neu entdeckten Supernovae gezielt beobachten und den Leuchkraftverlauf und das Spektrum aufnehmen."

Im obigen Papier werden Spektren für z = 0,45 angegeben und einem Diagramm entnehme ich Daten bis z = 1.

Zu größeren Entfernungen konnte ich nur den Verweis unter https://www.rnd.de/wissen/rekord-su...-aller-zeiten-AY6DVY7YFHT6442VHUY4RDAMSM.html auf "Die Forscherinnen und Forscher hoffen nun, mit neuen Instrumenten wie dem im Bau befindlichen Vera-C.-Rubin-Observatorium weitere derartige Supernovae aufzuspüren, insbesondere aus der ersten Milliarde Jahre des Universums unter den ersten Sternen."

Erste Milliarde Jahre das Universum wären Lichtlaufzeiten bis zu 12,7 Mrd. Jahre und einem z-Wert bis zu 6. Ergo sollte spätestens mit den neuen Teleskopen die Messung von SNIa mit Z=2 möglich werden. Zu heutigen Messungen bis z=2 konnte ich noch nichts finden.

Grüße, Astrofreund

 

[ralfkannenberg]

Die Lichtlaufzeit bei z=2 beträgt 10,3 Mrd. Jahre (bei z=7 12,9 Mrd. Jahre). Da man theoretisch Signale bis zu einer Lichtlaufzeit von 13,7 Mrd. Jahren messen kann, könnte man Objekte sehen, die heute 45 Mrd. Lj entfernt sind (Z=1090).

Hallo Astrofreund,

herzlichen Dank für Deine Recherche; ich meinte diese Lichtlaufzeit.

Erste Milliarde Jahre das Universum wären Lichtlaufzeiten bis zu 12,7 Mrd. Jahre und einem z-Wert bis zu 6. Ergo sollte spätestens mit den neuen Teleskopen die Messung von SNIa mit Z=2 möglich werden. Zu heutigen Messungen bis z=2 konnte ich noch nichts finden.

Ich konnte "auf die Schnelle" auch nichts finden; meines Wissens hat man bei Supernovae die besten Chancen, wenn man ein gutes Paper über eine weit entfernten Supernova findet und dann mal bei den dort genannten Referenzen nachschaut.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Galaktron]

Vielen Dank für Eure Antworten,

obwohl mich die erste Antort verwirrt hat, glaube ich mit dem Nachtrag zu verstehen wie es gemeint ist.

Danke auch für die Links,
ich denke am ehesten wird meine Frage beantwortet mit dieser Grafik:

http://www.supernova.lbl.gov/Union/figures/Union2.1_Hubble_slide.pdf

und da würde ich (wenn ich es richtig interpretiere) sagen, bei z = 1.4 beträgt die Messgenauigkeit so um die 5 % ist das ungefähr richtig ?


meine Zusatzfrage scheint nicht so leicht zu beantworten zu sein.


Vielen Dank und viele Grüsse
G.

 

[ralfkannenberg]

http://www.supernova.lbl.gov/Union/figures/Union2.1_Hubble_slide.pdfhttp://www.supernova.lbl.gov/Union/figures/Union2.1_Hubble_slide.pdf

und da würde ich (wenn ich es richtig interpretiere) sagen, bei z = 1.4 beträgt die Messgenauigkeit so um die 5 % ist das ungefähr richtig ?

Hallo Galaktron,

ich kann Dir begründen, warum eine Antwort "ja" richtig ist, und ich kann Dir begründen, warum eine Antwort "nein" richtig ist. Das wird Dich also nicht weiterbringen.

Lasse mich Dein Augenmerk auf etwas anderes lenken: zwischen z=0.4 und z=0.6 gibt es zahlreiche Messergebnisse mit deutlich grösserem Fehlerbalken, und zwischen z=0.7 und z=0.9 ist das ebenfalls so.
Siehst Du einen physikalischen Grund, warum ausgerechnet in der Mitte die Fehlerbalken am grössten sind ?

meine Zusatzfrage scheint nicht so leicht zu beantworten zu sein.

Vielleicht habe ich diese nur übersehen. Kannst Du diese Zusatzfrage bitte erneut stellen ?


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Galaktron]

Hallo ralfkannenberg,

Siehst Du einen physikalischen Grund, warum ausgerechnet in der Mitte die Fehlerbalken am grössten sind ?

also "sehen" wäre an der Stelle zu viel gesagt, ich könnte mir vorstellen dass dies die Distanz ist ab der die Expansion gegenüber der "lokalen" Geschwindigkeit überwiegt.


meine 2. Frage war:

Und kann durch oft wiederholte Messungen von unterschiedlichen Ia Supernovae mit der Rotverschiebung z=2 diese Messgenauigkeit nicht statistisch erhöt werden, so das am Ende (zB nach 1000 Messungen) ein genauerer Wert herraus kommt als die Messgenauigkeit vermuten liesse ?

Oder ist es eher so als würde man zB versuchen die Lage eines kleinen Punktes auf einem Raster Foto zu bestimmen, egal wie oft man die Messung wiederholt, die Lage wird nicht genauer bestimmt werden können als die Grösse des Rasters es zulässt.


Danke und Viele Grüsse
G.

 

[ralfkannenberg]

also "sehen" wäre an der Stelle zu viel gesagt, ich könnte mir vorstellen dass dies die Distanz ist ab der die Expansion gegenüber der "lokalen" Geschwindigkeit überwiegt.

Hallo Galaktron,

was verstehtst Du unter "lokaler" Geschwindigkeit ? Falls Du die Eigenbewegung der Galaxien meinst, die ist nur etwa bis 50 Millionen Lichtjahre von Relevanz, das entspricht z~0.004 .

meine 2. Frage war:

Und kann durch oft wiederholte Messungen von unterschiedlichen Ia Supernovae mit der Rotverschiebung z=2 diese Messgenauigkeit nicht statistisch erhöt werden, so das am Ende (zB nach 1000 Messungen) ein genauerer Wert herraus kommt als die Messgenauigkeit vermuten liesse ?

Meines Wissens sollte das gelingen, doch ist hier das Problem, dass z=2 bereits hoch-kosmologosche Distanzen darstellt und mir ist nicht bekannt, dass in diesem gewaltigen Abstand überhaupt schon eine Ia-Supernova gemessen werden konnte. Daten für 1000 Ia-Supernovae in diesem Abstand liegen also derzeit nicht vor.

Oder ist es eher so als würde man zB versuchen die Lage eines kleinen Punktes auf einem Raster Foto zu bestimmen, egal wie oft man die Messung wiederholt, die Lage wird nicht genauer bestimmt werden können als die Grösse des Rasters es zulässt.

Dieser Einwand ist m.E. zulässig, ich denke aber, dass er nicht zutrifft, solange es möglich ist, eine hinreichend genaue Lichtkurve zu bestimmen. Und wenn die Lichtkurve nicht genau genug ist, kann man auch gar nicht feststellen, dass überhaupt eine 1a-Supernova vorliegt.


Macht das wenigstens ungefähr Sinn ?


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Galaktron]

Hallo ralfkannenberg,

ersteinmal vielen Dank für die freundlichen Antworten .

Zum Punkt warum ausgerechnet in der Mitte die Fehlerbalken am grössten sind,

das mit der "lokalen" Geschwindigkeit war ins Blaue geraten.
Ich könnte mir auch vorstellen dass es etwas mit der Steigung zu tun hat, etwa wenn die Kurve steil ist ändert sich z kaum und wenn sie flach ist die Entfernung kaum, der Messfehler wirkt sich also am grössten aus wenn beides sich stark ändert. (auch nur geraten )

Hm, das meine Zusatzfrage nicht so einfach zu beantworten ist dachte ich mir schon, aber bei der generellen Frage hätte ich gedacht dass zumindest bei z=1,4 eine ungefähre Antwort möglich sei.

daher würde ich mich tatsächlich darüber freun wenn du mir begründest warum ja richtig ist und nein auch.


Vielen Dank und viele Grüsse
G.

 

[ralfkannenberg]

daher würde ich mich tatsächlich darüber freun wenn du mir begründest warum ja richtig ist und nein auch.

Hallo Galaktron,

wenn ich Dir ein "ja" ebenso gut begründen kann wie ein "nein", dann ist das Ergebnis dieser Begründung natürlich zu wenig seriös, letztlich mangels Fachwissen.

Man muss hier also anders vorgehen. Idealerweise würde man sich alle genannten Fachpublikationen anschauen und zu verstehen suchen, wie sie die Fehlerbalken ermittelt haben, was aber sehr viel Zeit benötigt, Zeit, die wir vermutlich beide nicht aufbringen können.

Ich habe deswegen einen anderen Ansatz versucht: diese Fehlerbalken sind ja farblich eingefärbt. Und da fällt auf, dass in der Mitte die violett eingefärbten die grössten Fehlerbalken aufweisen. Diese stammen von Perlmutter et al. und sind aus dem Jahre 1999. Im Bereich z > 0.8 haben sie offenbar keinerlei Messungen getätigt und 1999 ist sehr früh. Im mittleren Bereich waren sie offenbar die ersten, die gemessen haben. Möglicherweise haben sie Messmethoden verwendet, die ungenauer als andere Messmethoden sind - das ist ja keine Schande, denn je mehr Messmethoden angewandt werden, desto zuverlässiger ist das Ergebnis; zudem besteht auch die Möglichkeit, dass man das im Jahr 1999 noch nicht so genau vermessen konnte.

Ich würde also eher versuchen, dieses "Phänomen" historisch zu erklären, und nicht physikalisch. Physikalisch hätte ich gemeint, dass die Fehlerbalken mit grösseren Abständen grösser werden sollten, aber das kann man natürlich nur beurteilen, wenn alle Forscher in denselben Abstandsbereichen ihre Messungen durchgeführt hätten.


In der Darstellung geht es aber darum, zu zeigen, welchen Verlauf diese Kurve hat, und der Kurvenverlauf wird ja auch von den Messwerten mit grossem Fehlerbalken letztlich ganz gut bestätigt. - Mehr würde ich da nicht hineininterpretieren wollen.


Was meinst Du zu diesem Ansatz ?


Freundliche Grüsse, Ralf