Introduktion till Kosmologi

Introduktion till Kosmologi

Astropartikelfysik Från det allra minsta till det allra största Från http://www.quarkstothecosmos.org/

Universum inom vår horistont

Gravitationskraften finns överallt!

Einsteins gravitation: geometrisk tolkning Rummet kröks runt massiva kroppar, leder till krökta banor!

Ljusbanor Ljusbanor kröks i närheten av stjärnor och galaxer

1919: Einstein 1 Newton 0 stjärnor

Gravitationslinser: mörk materia!

Gravitationslinser

I feel like a prima donna

Nobelpriset 1921

Kosmologiska konstanten, Λ, A.Einstein (1917)

Einsteins ekvationer G μν = Λg μν + 8πGT μν Rummets geometri - krökt, plant,... Saknar motsvarighet i Newtons gravitationslag Kosmologisk konstant - vakuumenergi (mörk energi) repulsion Energimomenttensor -energi - materia -strålning attraktion Universums totala energitäthet kan skrivas ρ tot = ρ materia + ρ vakuum

Dopplereffekten En ljuskälla som rör sig bort från oss, ser rödare ut. En ljuskälla som rör sig mot oss, ser blåare ut. Detta kan vi utnyttja för att mäta hastigheten på stjärnor, galaxer m.m. Rödförskjutning z = λ observerad λ utsänd λ utsänd z v r c (små v r )

Moderna kosmologin första genombrott (1929). Edwin Hubbles upptäckt: Universum expanderar! Hubble-lagen: v r = H 0 R

Universums expansion Universums Expansion

Hubbleparametern R(t 1 ) R(t 2 ) R = x a() t dr d a v = = ( x a) = x a = R = H0 R dt dt a a H 0 = a

Kosmologisk Rödförskjutning z= λobs λuts λ 1 + z = obs λuts λuts 1+ z = aobs auts

Universums expansion

Den kosmologiska standardmodellen Universum är homogent och isotropt: Robertson-Walker metrik Einsteins gravitationsteori I begynnelsen var universum hett och tätt och har efter det expanderat (Big Bang). Kommer expansionen att fortsätta för alltid?

Hur mäter vi avstånd i universum? Med standardlinjaler Utnyttja känd storlek, r, och uppmätt vinkel, θ: d = r tan θ r θ θ r d Med standardljus Utnyttja känd ljusstyrka, B, och uppmätt ljusstyrka, b: b = B B d = 4πd 2 4πb

Standard Ljuskällor

Enkel modell för Typ Ia supernovor Binärt system där åtminstone en stjärna är en vit dvärg (C+O) Massöverföring till VD tills instabilitet nås: (M=M CH ); leder till en termisk kärnexplosion

Supernova av Typ Ia

Astronomiska avstånd Jorden-solen 8 ljusminuter Solen-vintergatans mitt ~ 25000 ljusår Mellan galaxer ~1-5 miljoner ljusår Mest avlägsna galaxer ~ miljarder ljusår! 1 ljusår = 9.46 10 15 meter 1 parsec = 3.262 ljusår

Nya uppskattningar av H 0 med hjälp av Typ Ia Supernovor Credits: Saurabh Jha

Supernova Cosmology Project (SCP) 1998: Supenova Cosmology Project (+ High-Z Team)

Bättre mätningar samma svar! 74% Mörk energi

Hubble satelliten: sedan 1990

Vi kan observera de mest avlägsna galaxer

Extremt skarpa bilder!

Det gäller att hitta avlägsna supernovor!

Det gäller att hitta avlägsna supernovor!

Den kosmologiska bakgrundsstrålningen

Principen för bakgrundsstrålningen Det synliga universum Gränsen för det synliga universum. Ges av hur långt ljuset har hunnit gå sedan universum bildades. Här blev universum genomskinligt för ljus. Universum var ca. 300 000 år gammalt. Observatörer Bakgrundsstrålningen Denna kosmiska bakgrundsstrålning skickades ut i alla riktningar. Vart vi än tittar i universum så ser vi det ljus som skickades ut i riktning mot oss för ca. 13.7 miljarder år sedan.

Kosmisk bakgrundsstrålning Kort historik Arno Penzias and Robert Wilson, Nobelpris 1978 Gamow förutsåg bakgrundsstrålningen 1946 Penzias och Wilson upptäckte den 1965. Fick nobelpris 1978. Dicke, Peebles, Roll och Wilkinson förklarar Penzias och Wilsons mätningar 1965.

Kosmisk bakgrundsstrålning temperaturstrålning COBE Från http://space.gsfc.nasa.gov/astro/cobe

Kosmisk bakgrundsstrålning COBE-DMR Bakgrundsstrålningen är i stort sett isotrop! Förstärker vi kontrasten 1000x så ser vi denna dipol. Detta är Dopplereffekten från jordens rörelse relativt bakgrundsstrålningen! Från http://space.gsfc.nasa.gov/astro/cobe Tar vi bort dipolen och förstärker kontrasten 100 000x ser vi fluktuationer i bakgrundsstrålningen själv! (Bandet i mitten är vår galax.)

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Skickades upp av NASA i juni 2001. Första årets data släpptes 11 februari 2003. Från http://map.gsfc.nasa.gov

Kosmisk bakgrundsstrålning WMAP Dipolen från jordens rörelse och galaxens emission är borttagen. Från http://map.gsfc.nasa.gov

Universums geometri - illustration 2D-analogi Ω < 1 öppet Parallella linjer divergerar Ω = 1 plant Parallella linjer fortsätter parallellt Ω > 1 slutet Parallella linjer konvergerar Från http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm

Kosmisk bakgrundsstrålning Jämförelse med simuleringar Data Simuleringar för olika geometrier Vilken geometri stämmer bäst? slutet platt öppet

WMAP mäter rum-tidens krökning

Kosmologisk bakgrundsstrålning Amplitudspektrum från WMAP, CBI och Acbar Toppen ligger vid θ 1 Universums geometri är med andra ord väldigt nära platt

Från http://www.quarkstothecosmos.org/ Universums utveckling

Sammanfattning Universum expanderar! Universum mycket tätt och hett för ca 14 miljarder år sedan. Trots lokala variationer är Universum mycket homogent på stora skalor (samma temperatur). Astronomiska mätningar används för att mäta Universums innehåll och geometri (rum-tidens krökning) Förutom strålning och materia finns Λ!