IFA, AARHUS UNIVERSITET

Præsentationer af emnet: "IFA, AARHUS UNIVERSITET"— Præsentationens transcript:

1 IFA, AARHUS UNIVERSITET
MØRKT STOF OG MØRK ENERGI STEEN HANNESTAD IFA, AARHUS UNIVERSITET IFA, 2/4 – 2008

2 GANSKE KORT OM KOSMOLOGIENS UDVIKLING
FØR 1920: HELE UNIVERSET FORMODES AT VÆRE NOGENLUNDE AF SAMME STØRRELSE SOM MÆLKEVEJEN OMKRING 30,000 LYSÅR

3 GANSKE KORT OM KOSMOLOGIENS UDVIKLING
1922: DE FØRSTE GALAKSER UDEN FOR MÆLKEVEJEN PÅVISES AFSTANDEN MELLEM GALAKSERNE ER MILLIONER AF LYSÅR

4 GANSKE KORT OM KOSMOLOGIENS UDVIKLING
SIDEN DA: EN JAGT PÅ MÅLINGER OVER STADIG STØRRE AFSTANDE. MÅLINGER AF MILLIONER AF GALAKSER OVER AFSTANDE PÅ MILLIARDER AF LYSÅR

5 DEN KOSMISKE BAGGRUNDSSTRÅLING MÅLT AF NASAS WMAP SATELLIT I MARTS 2008
HELE DET SYNLIGE UNIVERS I MIKROBØLGER (OMKRING 40 MILLIARDER LYSÅR)

6 HVORDAN VED VI ALT DET? FORDI LYSET BEVÆGER SIG MED EN ENDELIG HASTIGHED ( KM/S), SER VI BAGUD I TIDEN, NÅR VI SER LANGT BORT SOLEN: 8,2 MINUTTER ALPHA CENTAURI: 4 ÅR ANDROMEDA GALAKSEN: 2,2 MIO. ÅR

7 FRA OBSERVATIONER AF FJERNE GALAKSER VED VI, AT DE
ALLE BEVÆGER SIG VÆK FRA OS OG, AT JO LÆNGERE DE ER VÆK, DESTO HURTIGERE BEVÆGER DE SIG

8 HVORDAN VED VI DET? DOPPLER EFFEKTEN
BLÅFORSKYDNING RØDFORSKYDNING

9 DOPPLER EFFEKTEN ER MERE KENDT FOR LYD END FOR LYS,
FORDI LYDENS HASTIGHED ER CA GANGE MINDRE END LYSETS HASTIGHED

10 DEN AMERIKANSKE ASTRONOM EDWIN HUBBLE FANDT I 1929, AT
ALLE GALAKSER FJERNER SIG, OG AT DER ER EN LINEÆR SAMMEN- HÆNG MELLEM DERES HASTIGHED OG AFSTAND

11 NU FØR

12 MAN SER TILBAGE I TIDEN WMAP: 13,7 MIA. ÅR

13 MAN SER TILBAGE I TIDEN BAGGRUNDSSTRÅLINGEN ÅR

14 VORES UNIVERS MÅ ALTSÅ HAVE HAFT EN FORM FOR ”BEGYNDELSE”
KOMMER DET SÅ OGSÅ TIL EN AFSLUTNING EN GANG I FREMTIDEN? DETTE AFHÆNGER AF TO TING: MÆNGDEN AF MASSE I UNIVERSET WM DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT (ANTI-TYNGDEKRAFT) OGSÅ KENDT SOM ”MØRK ENERGI” WL

15 OVERSAT TIL FYSISKE ENHEDER ER:
SVARENDE TIL

16 UNIVERSETS GEOMETRI UNIVERSETS GEOMETRI AFHÆNGER OGSÅ AF
UNIVERSETS MASSE OG DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT ÅBENT UNIVERS k < 0, W < 1 FLADT UNIVERS k = 0, W =1 LUKKET UNIVERS k > 0, W >1

17 DET TOTALE BIDRAG TIL WM FRA ALMINDELIGT STOF
Stjerner: W ~ 0.005 Interstellar gas: W ~ 0.005 Gas i galaksehobe: W ~ 0.03

18 DEN UMIDDELBARE KONKLUSION ER, AT UNIVERSET UDVIDER
SIG FOR EVIGT, MEN LANGSOMMERE OG LANGSOMMERE. ER DET NU OGSÅ RIGTIGT? HVAD, HVIS DER ER STOF, VI IKKE KAN SE?

19 EN GALAKSES MASSE KAN FINDES UD FRA EN STJERNES BANE
STJERNENS BANE TYNGDEKRAFT HASTIGHED EN TYPISK GALAKSE INDEHOLDER OMKRING 10 GANGE SÅ MEGET MASSE, SOM DET SYNLIGE - MØRKT STOF

20 ER DER NOGEN MÅDE AT MÅLE DE ”GLOBALE” VÆRDIER AF WM OG WL?
DEN KOSMISKE BAGGRUNDS- STRÅLING GALAKSERNES FORDELING

21 DEN KOSMISKE BAGGRUNDSSTRÅLING

22 DET TIDLIGE UNIVERS: MEGET VARMT OG TÆT IKKE GENNEMSIGTIGT FOR LYS UNIVERSETS ALDER: CA ÅR DET NUVÆRENDE UNIVERS: MEGET KOLDT OG TOMT GENNEMSIGTIGT FOR LYS

23 Første gang målt i 1965 af Penzias and Wilson (Nobel pris 1978)
Næsten isotrop stråling med <T> = K

24 1992: Første måling af anisotropi i strålingen af den amerikanske COBE satellit (Nobelpris 2006)

25 DER FINDES UJÆVNHEDER I BAGGRUNDSSTRÅLINGEN. DET
ER DISSE SMÅ UJÆVNHEDER, SOM SIDEN ER VOKSET OG BLEVET TIL GALAKSER, STJERNER, OG I SIDSTE ENDE OS.... VED AT MÅLE UJÆVNHEDERNE KAN MAN FAKTISK BESTEMME UNIVERSETS GEOMETRI

26

27 Figur 28: MAP satellitten i L2 punktet. Figuren er fra NASA,
DEN AMERIKANSKE MAP SATELLIT BLEV OPSENDT I 2001 OG HAR OFFENTLIGGJORT NYE DATA I MARTS 2008 Figur 28: MAP satellitten i L2 punktet. Figuren er fra NASA, så jeg ved ikke med copyright.

28

29 UNIVERSETS GEOMETRI KAN MÅLES FRA BAGGRUNDSSTRÅLINGEN
Åbent univers W<1 Fladt univers W=1 Lukket univers W>1

30 KOSMOLOGI EFTER MAP UNIVERSET ER MEGET TÆT PÅ AT HAVE FLAD GEOMETRI
MÅLINGERNE TYDER PÅ, AT DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT FAKTISK GIVER DET STØRSTE BIDRAG!!

31 MÅLING AF GALAKSERNES FORDELING
(SLOAN DIGITAL SKY SURVEY)

32

33

34 GALAKSERNES PLACERING I RUMMET KAN FORSTÅS UD FRA
BIG BANG TEORIEN 1: DET TIDLIGE UNIVERS (BAGGRUNDSSTRÅLING) 2: CA. 1 MIA. ÅR, DE FØRSTE GALAKSER DANNES 3: VORES NUVÆRENDE UNIVERS

35

36 SIMULERING AF OMRÅDE AF DET SYNLIGE UNIVERS
(udført på AU-supercomputer Grendel af Troels Haugbølle) VISER DIREKTE NEUTRINOERS INDFLYDELSE PÅ DANNELSE AF STRUKTURER 1 mia. lysår Masseløse neutrinoer Neutrinomasse lig den eksperimentelle øvre grænse (mc2 = 2.3 eV)

37 SDSS KAN MÅLE Wm: SDSS

38 OBSERVATIONER ER NU SÅ PRÆCISE AT VI KENDER
UNIVERSETS SAMMENSÆTNING MED EN PRÆCISION PÅ CA. 1 PROCENT NEUTRINOER 0.1-1 % MØRK ENERGI (SOM FÅR UNIVERSET TIL AT UDVIDE SIG HURTIGERE OG HURTIGERE) 70 % MØRKT STOF 25 % NORMALT STOF (STJERNER ETC) 5 %

39 DER ER STADIG MANGE ULØSTE SPØRGSMÅL:
HVAD ER DET MØRKE STOF? HVAD ER DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT? HVORFOR BIDRAGER DE TO TING LIGE MEGET NETOP NU? (KOINCIDENSPROBLEMET) 4) HVOR KOMMER DE FØRSTE UJÆVNHEDER FRA? 5) HVORFOR ER UNIVERSETS GEOMETRI FLAD? SVARENE SKAL FORMENTLIG FINDES I FYSIKKENS LOVE VED MEGET HØJE ENERGIER

40 INFLATION? FLADHED + UJÆVNHEDER MØRKT STOF? KOSMOLOGISK KONSTANT?
NATURKRÆFTERNES FORENING VED HØJ ENERGI STÆRK INFLATION? FLADHED + UJÆVNHEDER GUT (GRAND UNIFIED THEORY) MØRKT STOF? E.M. ELEKTROSVAG (SUPERSYMMETRI?) T.O.E SVAG KOSMOLOGISK KONSTANT? TYNGDE 100 1015 1019 ENERGI / GeV