Det kosmiska kretsloppet

Först lite mer om partiklarna i Universum: De fyra krafterna: Gravitation kraftförmedlare graviton (?) Elektromagnetism kraftförmedlare foton Stark växelverkan kraftförmedlare gluoner (8 stycken) Svag växelverkan kraftförmedlare W +, W - och Z 0

Datorsimulaering av kollisioner. ATLAS-detektorn under uppbyggnaden vid den europeiska forskningsanläggningen CERN i Gèneve. I mars 2010 togs den i bruk. Sverige och Stockholms unversitet är med!

Den 30 mars 2010. Kollisioner i de tre CERNexperimenten: ATLAS, CMS och ALICE! ALICE

Partikeln som ger alla andra partiklar massa: Higgs-partikeln. Potentiell energi hos Higgsfältet Spontant symmetribrott : Mittpunkten har inte lägsta energin

Sökandet efter Higgspartikeln har högsta prioritet vid LHC på CERN. Peter Higgs, Edinburgh

Materia och antimateria. Varför finns det mer materia än antimateria i universum? Andrei Sakharovs villkor Antimateria kan bli materia om: (a) protonsönderfall kan äga rum (b) det finns en asymmetri mellan materia och antimateria, s.k.,cpbrott då krävs minst tre familjer av kvarkar och leptoner (c) Det är inte exakt jämvikt (expanderande universum) (b) och (c) vet vi är sanna, men (a) har hittills aldrig observerats. Sakharov (1964)

Ultrarent vatten Super-Kamiokandeexperimentet i Japan, söker efter protonsönderfall. Hittills inget hittat Ljusmätare (PM-rör)

Ett universum med CP-brott: Det fanns ett överskott i det tidiga universum, så att det fanns en miljard en kvarkar på en miljard antikvarkar i det tidiga universum. En miljard kvarkar förintades (annihilerade) mot en miljard antikvarkar. Kvar blev bara en kvark per miljard. Det räcker för att förklara all synlig materia i universum!

Den starka växelverkan Gluoner byts ut mellan kvarkar inuti protonen och neutronen. Pi-mesoner (består av en kvark och en antikvark) byts ut mellan protoner och neutroner

Charmonium: bundet tillstånd av en charm- och en anticharmkvark. Bindningen ges av gluonutbyte. Samma typ av tillåtna energinivåer som för väteatomen! Potentiell energi: V() r kqq s 1 kr c r 2 Skillnad: term som växer med avståndet r, kvarkinstängning!

Svag växelverkan: ger till exempel sönderfall av en fri neutron till en proton, en elektron och en anti-neutrino Den stora chocken på 1950-talet (Lee och Yang): Svaga växelverkan skiljer på vänster och höger! Detta kallas paritetsbrott. Anti-neutrinon som kommer från neutronsönderfall spinner alltid åt höger (och alla neutriner spinner åt vänster). Vi vet fortfarande inte varför det är så T.D. Lees anteckningsbok, 1956 (Lee och Yang fick Nobelpris 1957)

Feynman diagrammen: Att summera komplicerade formler i enkelt bildspråk

Nukleosyntesen Under de första tre minuterna efter Big Bang uppstod de lätta grundämnena: väte 76%, helium 24% och mycket små mängder deuterium och litium. Mätningarna ligger inom detta band (innebär att genomsnittliga tätheten av vanlig materia är c:a 4 % av kritisk täthet ). Detta stämmer med observationerna av grundämneshalterna i universum nästan all synlig materia är i gasform (t ex Solen)!

Tyngre grundämnen (kol, kväve, syre, kalcium, järn,..) sätts ihop i det inre av stjärnor fusion Men de utgör bara någon procent av massan Vissa tunga stjärnor exploderar som supernovor (ju tyngre desto snabbare en stjärna med 25 solmassor efter ungefär 10 miljoner år) Av gasen, berikad med tyngre grundämnen, kan nya stjärnor och planeter bildas vi är alla gjorda av stjärnstoft!

Manetnebulosan, rester av en supernova för 500 år sedan

En Magnetar, en spinnande, magnetiserad neutronstjärna finns mitt i detta vackra moln, som innehåller järn, syre, kol, och andra tunga grundämnen.

ESO:s stora teleskop (8,2 meter i diameter) i Chile upptäcker ett planetsystem som just håller på att bildas. Avstånd: 500 ljusår.

Varför lyser gasmolnet så starkt (och vackert )? Kanske en neutronstjärna kretsar runt stjärnan i centrum av molnet. När de kommer nära varandra hettas gasen upp.

Helix-nebulosan : En stjärna av Solens storlek där kärnbränslet tagit slut och som därför kastar ut materia från de yttre delarna (planetär nebulosa). Avstånd: 450 ljusår.

Detaljer från utkanten av helixnebulosan. Färgsättning: syre = blått, väte = grönt, kväve = rött.

Myr-nebulosan, ytterligare en planetär nebulosa kommer vår sol att sluta på detta sätt? Varför är nebulosan inte sfärisk? Kan vara en dubbelstjärna, eller att stjärnan har starkt magnetfält

Upptäckt av Röntgenteleskopet Chandra: RX J185635-375 är för liten (radie 4 8 km) för att vara en neutronstjärna. Kanske en kvarkstjärna? Temperatur: 700 000 C

Var bildas guld? Ingen vet säkert, men kolliderande neutronstjärnor är en möjlighet, enligt beräkningar med hjälp av superdatorer.

Rester från explosion 1843 Eta Carinae: En blivande supernova? Massa: 100 solmassor (troligen dubbelstjärna). Avstånd: 8000 ljusår. Ger ifrån sig naturligt laserljus!

Kollaps till svart hål

Supernovan 23 februari 1987: Den första som kunde ses med blotta ögat sedan Keplers och Brahes tid! De mystiska ringarna orsakas troligen av att värmen från supernovan hettar upp omgivande gas.

Finns liv på andra planeter? Åtminstone finns det planeter kring andra solar (446 st hittade hittills, april 2010) Keplersatelliten Keckteleskopen, Hawaii

April 2007: Upptäckt av planet i beboeliga zonen kring en stjärna planeten kan hålla vatten! Storlek: Mer än 5 gånger jordens massa. Avstånd: 20 ljusår.

Darwin och Terrestrial Planet Finder, konstellationer av satelliter som ska leta efter tecken på liv på andra planeter. Uppskjutning någon gång efter 2020?

Gravitationslinser kanske kan avslöja svarta hål?

Det svarta hålet i Vintergatans centrum

27 000 ljusår

Andrea Ghez & al, UCLA (Keck) Sgr A* Galaxens centrum

Keplers tre lagar (följer av Newtons teori för gravitationen): 1. Banan för en planet (eller komet) runt solen är en ellips med solen i ena brännpunkten. 2. En rät linje som förenar solen med planeten sveper ut lika areor under en given tid. 3. Kvadraten på omloppstiden för planeterna är proportionell mot kuben av medelavståndet från solen, T 2 a 3 /M, där M är solens massa

Stjärnrörelser nära Vintergatans centrum: R. Genzel m fl, 2003

Andrea Ghez UCLA, m fl., 2004

Infrarödobservationer av R. Genzel et al., 1992 2005 VLT-teleskopet (Chile) med adaptiv optik Keplers tredje lag: T 2 = 4 2 a 3 /(G N M) där a är halva ellipsens längd. Avståndet till Galaxens centrum är 27 000 ljusår gör att a kan uppskattas. Det ger att massan M är ungefär 3 miljoner solmassor!

Är det ett svart hål? Hur kan vi utesluta andra möjligheter? Falcke, Melia & Agol Schwarzschild-radien 4. 10 9 m Skuggan är c:a 5 Schwarzschild-radier Bör kunna ses med VLBI radioteleskop i sub-mm området inom några år

HESS-experimentet har sett TeV-strålning från Vintergatans centrum! Finns det något mer än ett svart hål? Till exempel mörk materia?

Stjärnorna När natten kommer står jag på trappan och lyssnar, stjärnorna svärma i trädgården och jag står ute i mörkret. Hör, en stjärna föll med en klang! Gå icke ut i gräset med bara fötter; min trädgård är full av skärvor. - Edith Södergran