Kosmologi II Mørk Energi Og Mørkt Stof Af Ole Bjælde

Præsentationer af emnet: "Kosmologi II Mørk Energi Og Mørkt Stof Af Ole Bjælde"— Præsentationens transcript:

1 Kosmologi II Mørk Energi Og Mørkt Stof Af Ole Bjælde
Cand. scient & ph.d. studerende ved Århus Universitet

2 Universets indhold

3 Normalt Stof

4 EVIDENS FOR MØRKT STOF

5 Første Hint i 1933 Fritz Zwicky – virialsætningen For meget masse –
dunkle Materie!

6 Rotationskurver af Galakser

7 Mørkt stof vil ikke kun påvirke stof – det vil også påvirke lys!
Gravitationslinser Mørkt stof vil ikke kun påvirke stof – det vil også påvirke lys!  b M Lys fra en fjern stjerne som akkurat strejfer Solens overflade =1.7”

8 Gravitationslinser

9 Gravitationslinser

10 Gravitationslinser

11 Strukturdannelse Ikke baryonisk stof
Kun gravitation (+svag vekselvirkning) Danner haloer før alle andre typer af stof som er påvirket af tryk Uden mørkt stof villle strukturdannelse ske senere

12 Bullet Cluster

13 MØRKT STOF

14 What’s The Matter? Stor variation i forslag! Forslag # 1: Axioner
Masse=10-5eV~10-41kg Forslag # 2: Primordiale sorte huller Masse=105 MSOL~1035kg Krav: Kun vekselvirkning ved tyngdekraften og den svage vekselvirkning Weakly Interacting Massive Particles WIMPs

15 Neutrinoer Dannet i universets begyndelse   
Neutrino baggrund N=113 cm-3 I virkeligheden Det passer hvis

16 Mørkt Stof I øvrigt er neutrinoer hot dark matter Cold dark matter
Udvisker små tæthedsfluktuationer Maksimalt 30% hdm Top-down strukturdannelse Cold dark matter Hierarkisk bottoms-up strukturdannelse Ikke-relativistiske partikler Warm dark matter

17 WIMPs Masser i GeV området Supersymmetrisk partikel
Dannes i par med R-paritet +1,-1 Henfalder i processer som bevarer R Ender som den letteste(LSP) – kaldet  Neutralino – mix photino, 2 higgsino, zino Hverken EM eller stærk vekselvirkning Mange fri parametre

18 DETEKTION AF MØRKT STOF

19 To Muligheder Direkte detektion – dvs. observation af spredning af WIMPs indeni en detektor Indirekte detektion – dvs. observation af annihilationsprodukter i fx den galaktiske halo eller måske gravitationel indfangning i solen eller jorden.

20 Direkte Detektion Kan afhænge af vinkel og tid
Daglig modulation – jordens rotation Årlig modulation – jordens bane om solen Detektion ved rekyleffekt på kerner WIMP hastigheder på ca. v~220 km/s Estimat for raten af detektioner (afhængig af masse og tværsnit) Neutralino Rekyl

21 DAMA/LIBRA i Gran Sasso

22 DAMA/LIBRA Direkte detektion fra galaktisk halo
Large sodium Iodide Bulk for RAre processes 250 kg NaI Modulationseffekter December 30 km/s ~ 232 km/s 60° June

23 total exposure: 0.53 tonyr
DAMA/LIBRA Bernabei, et al. 2008 Resultater DAMA/LIBRA (4 years) total exposure: 0.53 tonyr

24 DAMA/LIBRA Kun single-hit events viser modulation!
DAMA/NaI (7 years) + DAMA/LIBRA (4 years)

25 Lille forskel fra 2. juni pga.
DAMA/LIBRA R(T)=S0+Ymcos[(t-t*)] Lille forskel fra 2. juni pga. temperatureffekter

26 DAMA/LIBRA Klar årlig modulation Kun eksisterende for 2-6 keV
Kun eksisterende for single-hit events Konsistent med 2. juni Svært at finde alternativer

27 Mit arbejde med CDM Moore et al, 1999

28 Mit arbejde med CDM Moore et al, 1999

29 Pause

30 EVIDENS FOR MØRK ENERGI

31 Supernovae Dobbeltstjernesystem Masseoverførsel
Hvid dværg Rød gigantstjerne Masseoverførsel Chandrasekhar-masse=1.4Msol Supernovaeksplosion(SNIa) Afstandsmål

32

33 Supernovae Supernova 2004aw Supernova 2002bo

34

35 Andre typer af supernovae
Type II Eksplosioner af stjerner indeholdende brint Type I (a,b,c) Eksplosioner af stjerner ikke indeholdende brint

36 Supernovae Type Ia Stjernen når Mch og kollapser
Fusion i næsten hele stjernen Stjernen eksploderer pga. den enorme energi Chokbølge udsendes med 3% af c Signifikant stigning i lysstyrke Henfald af tunge grundstoffer

37 Supernovae Type Ia Nikkel Korrigere for afstand Kobolt

38 Supernovae Analysere mange lyskurver for SN1a med z<2
Svagere end i et univers med konstant udvidelse

39 MØRK ENERGI

40 Der bliver ikke mindre af det mens universet udvider sig
Mørk energi Der bliver ikke mindre af det mens universet udvider sig Alm. stof Der bliver mindre af det mens universet udvider sig Mørk energi vil i sidste ende dominere!

41 Einstein Einsteins feltligninger Løst af A. Friedmann i 1922
Friedmann-ligningen Accelerationsligningen

42 Positivt krummet univers
Einstein Ny type energi Statisk Univers Einsteins trick Positivt krummet univers =+1

43 Galakserne flytter sig!

44 accelererende ekspansion
Kosmologisk Konstant Negativt tryk Vakuum-energi Forklarer universets accelererende ekspansion

45 Koincidens-problem

46 Kosmologisk konstant-problem
Når vi udregner tætheden tager vi fejl med en faktor

47 Andre Kandidater? Quintessence (Kvintessens)
Alm. stof, mørkt stof og stråling har positivt tryk Quintessence (Kvintessens) Dynamisk, rum- og tidsafhængig type af energi med negativt tryk tilstrækkelig til at styre den accelererende ekspansion

48 Quintessence Kan løse koincidensproblemet
Nyt kosmologisk konstant problem =0 ?? Tryk = Kinetisk – Potentiel Energi per volumen = Kinetisk + Potentiel

49 Neutrinoer med varierende masse
Mørk energi = Neutrinoer + Quintessence Femte kraft   

50 Kosmologisk Perturbations- teori
Strukturudvikling fra Big Bang Perturbationer gror pga. tyngdekraften

51 Univers som trækker sig sammen igen
Skæbne Frosset univers T ! 0 Univers som trækker sig sammen igen Big Rip slutning?

52 Alternative Forklaringer
Universet er fyldt med en slags gas med de rigtige egenskaber Newtons tyngdelov er forkert!? Vi har mere end 3 rumlige dimensioner og 1 tids-dimension Observationerne af SNIa er forkerte!?

53 DETEKTION AF MØRK ENERGI

54 SNAP SuperNova/Acceleration Probe w=w0+wa(1-a)
1.8-meter teleskop med en CCD detektor med en milliard pixels 2000 SNIa/år – nære og fjerne Observationer af mange supernovae vil fortælle hvordan universet har udvidet sig

55 Åbne Spørgsmål Hvor kom de første inhomogeniteter fra?
Hvad er mørkt stof? Hvad er mørk energi? Svarene skal findes ved hjælp af fysik ved meget høj energi!

56 The End Slideshow på www.phys.au.dk/~oeb Email:

57 Higgs Mekanismen Hvis et systems samlede energi ikke ændrer sig under
forskydning i rum, er der ingen ydre kræfter som virker på systemet og den samlede impuls ændrer sig ikke i tid. Euler- Lagrange Frie skalare partikler Klein-Gordon ligning

58 Higgs Mekanismen 2>0 2<0
Skalare partikler som vekselvirker med hinanden Minimum af potentialet V når 2>0 2<0

59 Higgs Mekanismen Men vi er interesseret i små forskydninger fra minimum! Løsning: Vi ekspanderer omkring et af vores minima 

60 Higgs Mekanismen Masse-led er opstået!!

61 Slideshow på www.phys.au.dk/~oeb