MODERNE KOSMOLOGI STEEN HANNESTAD, INSTITUT FOR FYSIK OG ASTRONOMI

Transkript

1 MODERNE KOSMOLOGI STEEN HANNESTAD, INSTITUT FOR FYSIK OG ASTRONOMI

2 T (K) t (år) sekunder 1 mia. 10 sekunder mia. He, D, Li Planck tiden Dannelse af grundstoffer Baggrundsstråling Galaksedannelse 2,7 13 mia. Nu

3 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

4 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

5 HVORDAN VED VI DET? DOPPLER EFFEKTEN BLÅFORSKYDNING RØDFORSKYDNING

6 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

7 NU FØR

8 VORES UNIVERS MÅ ALTSÅ HAVE HAFT EN BEGYNDELSE!!! KOMMER DET SÅ OGSÅ TIL EN AFSLUTNING EN GANG I FREMTIDEN? DETTE AFHÆNGER AF TO TING: 1) MÆNGDEN AF MASSE I UNIVERSET Ω M 2) DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT (ANTI-TYNGDEKRAFT) Ω Λ

9 OVERSAT TIL FYSISKE ENHEDER ER: Ω = 1 SVARENDE TIL 3 ρ = 0, g/cm

10 UNIVERSETS GEOMETRI UNIVERSETS GEOMETRI AFHÆNGER OGSÅ AF UNIVERSETS MASSE OG DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT KRUMNING k = ΩM + Ω 1 = Ω 1 = Λ ÅBENT UNIVERS k= -1, Ω < 1 FLADT UNIVERS k = 0, Ω =1 LUKKET UNIVERS k =1, Ω >1

11 ET TOMT UNIVERS UDVIDER SIG LINEÆRT MED TIDEN STØRRELSE = Kt MASSE VIL PÅ GRUND AF TYNGDEKRAFTEN BREMSE UDVIDELSEN HVIS Ω M > 1 KOLLAPSER UNIVERSET I ET BIG CRUNCH

12 Ω = 0 Ω M = 2, Ω Λ = 0 Ω M = 1, Ω Λ = 0

13 DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT VIRKER SOM EN ANTI-TYNGDEKRAFT OG FÅR UNIVERSET TIL AT UDVIDE SIG HURTIGERE

14 Ω = 0 Ω M = 2, Ω Λ = 0.1 Ω M = 1, Ω Λ = 0

15

16 DET TOTALE BIDRAG TIL Ω M FRA ALMINDELIGT STOF Stjerner: Ω ~ Interstellar gas: Ω ~ Gas i galaksehobe: Ω ~ 0.03 Ω normalt stof ~

17 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?

18 EN GALAKSES MASSE KAN FINDES UD FRA EN STJERNES BANE STJERNENS BANE TYNGDEKRAFT HASTIGHED

19 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 Ω Μ OG Ω Λ? 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 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

24

25 DEN AMERIKANSKE MAP SATELLIT BLEV OPSENDT I 2001 OG Figur HAR NETOP 28: MAP OFFENTLIGGJORT satellitten i L2 DE punktet. FØRSTE Figuren DATA er fra NASA, så jeg ved ikke med copyright.

26

27 UNIVERSETS GEOMETRI KAN MÅLES FRA BAGGRUNDSSTRÅLINGEN Åbent univers Ω<1 Fladt univers Ω=1 Lukket univers Ω>1

28 KOSMOLOGI EFTER MAP UNIVERSET ER MEGET TÆT PÅ AT HAVE FLAD GEOMETRI Ω TOT = Ωm + Ω Λ = MÅLINGERNE TYDER PÅ, AT DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT FAKTISK GIVER DET STØRSTE BIDRAG!!

29 MÅLING AF GALAKSERNES FORDELING (SLOAN DIGITAL SKY SURVEY)

30

31

32 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

33

34 ΛCDM MODEL (100 mio. lysår) 3

35 STATE OF THE ART 2006: MILLENIUM SIMULATION (MPA, MÜNCHEN) SIMULERING MED 10 MIA. PARTIKLER, VOLUMEN PÅ STØRRELSE MED DET SYNLIGE UNIVERS (50 MIA LYSÅR) 3 INDEHOLDER CA 20 MILLIONER GALAKSER

36 SDSS KAN MÅLE Ω m : Ω m = 0.27 ± 0.08 SDSS

37 Både den kosmologiske konstant og mørkt stof bidrager til Ω, og endda næsten lige meget Dvs., at universet formentlig kommer til at udvide sig hurtigere og hurtigere i fremtiden, og at der aldrig kommer et big crunch tæthed ρ M nutiden ρ Λ tiden

38 DER ER STADIG MANGE ULØSTE SPØRGSMÅL: 1) HVAD ER DET MØRKE STOF? 2) HVAD ER DEN KOSMOLOGISKE KONSTANT? 3) HVORFOR BIDRAGER DE TO TING LIGE MEGET NETOP NU? (KOINCIDENSPROBLEMET) 4) HVOR KOMMER DE FØRSTE UJÆVNHEDER FRA? 5) HVORFOR ER UNIERVETS GEOMETRI FLAD? SVARENE SKAL FORMENTLIG FINDES I FYSIKKENS LOVE VED MEGET HØJE ENERGIER

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

40 SLIDES KAN FINDES PÅ: