Edwin Hubbles stora upptäckt 1929

Transkript

1 Edwin Hubbles stora upptäckt 1929 Edwin Hubble Edwin Hubbles observationer av avlägsna galaxer från Moderna observationer av avlägsna galaxer. Bild: Riess, Press and Kirshner (1996) Galaxerna rör sig bort från oss med allt högre hastighet ju längre bort de befinner sig! Universum utvidgar sig! Detta är utgångspunkten för Big Bang-modellen!

2 Befinner vi oss i Universums centrum? Ja...men det gör alla andra också! Jämför med att du sitter på ett russin i en jäsande deg. Avstånden mellan samtliga russin ökar och för dig kommer det att se ut som att alla andra russin rör sig bort ifrån dig ju längre bort de är, desto fortare rör de sig bort. Men så kommer det att se ut oavsett vilket russin du sitter på! Alla platser i Universum är lika mycket i centrum!

3 Den naturvetenskapliga metoden Styrkan i en vetenskaplig modell ligger inte i att den kan beskriva observationer, den måste kunna förutse saker som man ännu ej observerat! D.v.s. kunna testas! Big Bang-modellen kan just detta! Om Universum expanderar idag måste det ha varit mycket mindre och varmare tidigare. Om Universum har varit mycket mindre och mycket varmare än idag så finnas mätbara (testbara) effekter som Big Bang-modellen förutsäger! Vi kan testa Big Bang-modellen!

4 Varför tror forskarna att Big Bang har hänt? Galaxerna rör sig bort Observerat! från oss, universum expanderar! Förutsagt och Förhållandet mellan lätta observerat! grundämnen i universum Intensitet [MJy/sr] Våglängd [cm] Glöden, mikrovågs-bakgrunden från år Förutsagt och observerat!! 100 efter Big Bang Frevkens [cm -1 ] Glöden skall ha små temperaturvariationer 1: Förutsagt och observerat!!! Big Bang-modellen är vältestad!

5 De lätta grundämnena Om temperaturen i universum var så hög att protoner och neutroner kunde klumpa ihop sig till lätta atomkärnor (som i solen idag) kan vi testa detta genom att mäta förekomsten av lätta grundämnen och jämföra med vad Big Bang förutsäger. Bild: WMAP Science Team Detta hände några minuter efter Big Bang och mängden lätta grundämnen stämmer väl med vad Big Bang förutsäger.

6 Glöden från Big Bang När temperaturen i Universum blev så låg att atomerna inte kunde joniseras igen (ca 3000 C) kunde ljuset färdas fritt utan att spridas. Idag borde ljuset ha en temperatur på ca -270 C dvs ca 3 grader över absoluta nollpunkten (3K)! Nutid 13,7 miljarder år efter Big Bang

7 Glöden från Big Bang svartkroppsstrålning Det ljus som släpptes fritt när elektronerna och atomkärnorna kunde bilda neutrala atomer måste ha ett mycket speciellt spektrum s.k. svartkroppsstrålning. Strålningen kallas mikrovågsbakgrunden från Big Bang och bildades ca år efter Big Bang. Strålningen har samma temperatur (bättre än en tusendels grad) oberoende av riktning i Universum, dvs strålningen kommer från Big Bang. Temperaturen på strålningen är idag K (2.725 C över absoluta nollpunkten) och har ungefär samma våglängd som strålningen i en mikrovågsugn. Intensitet [MJy/sr] Våglängd [cm] Teoretisk kurva T = ± K Uppmätt kurva Mätosäkerheten är betydligt mindre än tjockleken på linjen! Frevkens [cm -1 ]

8 Glöden från Big Bang fröet till galaxerna För att materian skall kunna klumpa ihop sig till galaxer måste det ha funnits små temperaturskillnader i bakgrundsstrålningen på någon hundratusendels grad. Detta har observerats helt i linje med Big Bang-modellen! Bild: WMAP Science Team Temperaturvariationer i mikrovågsbakgrunden (WMAP-satelliten). Kontrasten har höjts så att man ser de mycket små temperaturvariationerna på 1/ grad. Blå färg motsvarar kallare och röd färg varmare. Dessa små variationer i temperatur och täthet är fröna till de strukturer vi ser i Universum idag: stjärnor, galaxer, galaxhopar m.m.

9 Bildandet av galaxer När Universum var några hundra miljoner år gammalt hade de första galaxerna börjat bildas. De små variationer i temperatur och täthet som syns i mikrovågsbakgrunden har nu förstärkts så att stjärnor och galaxer kan skapas. 210 miljoner år 1 miljard år 4,7 miljarder år 13,7 miljarder år En simulering som visar hur galaxer och galaxhopar bildas från de små variationer i täthet som fanns i det tidiga Universum. Bilden visar hur en galaxhop och filament med galaxer bildas. De allra minsta ljuspunkterna i den sista bilden motsvarar enskilda galaxer. Bilder som dessa kan jämföras med observationer av hur galaxer är fördelade i vårt eget Universum och överensstämmelsen är mycket god. Bild: Springel et al (Millenium simulation)

10 Vad består Universum av? Från observationer av bland annat den kosmiska bakgrundstrålningen, supernovor och galaxers rörelser kan man bestämma Universums beståndsdelar: Vanlig materia 4% Mörk materia 23% Mörk energi 73% Vi vet vad 4% av Universum består av. Resten är okänt! Mörk energi accelererar Universums expansion Mörk materia gör bland annat att galaxer och galaxhopar hålls ihop under gravitationen

11 Mörk materia Det mesta av materian i Universum är i form av mörk materia. Vi vet dock inte vad den mörka materian är för något, kanske är den en ännu okänd elementarpartikel, kanske något annat... Foto: Röntgen: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optiskt: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/ D.Clowe et al.; Linsning: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al Två kolliderande galaxhopar som tydligt visar förekomsten av mörk materia. De rosa områdena (röntgen) visar var den vanliga materian är, medan den blå områdena (beräknade från gravitationslinsning) visar var det mesta av massan befinner sig. Man ser tydligt att den vanliga materian (rosa) släpar efter p.g.a. friktionen, medan den mörka materian (blå) far fram i stort sett opåverkad av kollisionen.

12 Mörk energi Genom att mäta avstånden till de kraftfullaste stjärnexplosioner, eller supernovor, har astronomerna konstaterat att Universums expansion accelererar. Detta kan förklaras av att gravitationskraften motverkas av en repellerande kraft från mörka energin. Vad den mörka energin består av vet vi inte. Den kanske är en kosmologisk konstant som Einstein föreställde sig den, eller kanske något som dynamiskt anpassar sig efter Universums utveckling (kvintessens). Kommande observationer hoppas ge svar på dessa frågor! Exempel på supernovaexplosion. När supernovan exploderar kan den lysa lika starkt som en hel galax. Olika öden för Universum. Supernovaobservationerna pekar på att vårt Universum är fallet längst till höger.