Introduktion till Kosmologi

En presentation över ämnet: "Introduktion till Kosmologi"— Presentationens avskrift:

1 Introduktion till Kosmologi

2 Astropartikelfysik Från det allra minsta till det allra största

3 Universum inom vår horistont

4 Gravitationskraften finns överallt!

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

6 Ljusbanor kröks i närheten av stjärnor och galaxer

7 1919: Einstein 1 – Newton 0 stjärnor

8 Gravitationslinser: mörk materia!

9 Gravitationslinser

10 ”I feel like a prima donna”

11 Nobelpriset 1921

12 Kosmologiska konstanten, , A.Einstein (1917)
Einstein trodde att Universum var statiskt, behövde därför en ”kompenserande” kraft mot gravitationskraften

13 Einsteins ekvationer Universums totala energitäthet kan skrivas
Rummets geometri - krökt, plant, ... Kosmologisk konstant - vakuumenergi    (mörk energi) Energimomenttensor - energi - materia - strålning Saknar motsvarighet i Newtons gravitationslag • repulsion • attraktion Universums totala energitäthet kan skrivas

14 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

15 Moderna kosmologin första genombrott (1929)
Moderna kosmologin första genombrott (1929). Edwin Hubbles upptäckt: Universum expanderar! Hubble-lagen: vr= H0R

16 Universums expansion Universums Expansion

17 Hubbleparametern R(t1) R(t2)

18 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?

19 Hur mäter vi avstånd i universum?
Med ”standardlinjaler” Utnyttja känd storlek, r, och uppmätt vinkel, q: Med ”standardljus” Utnyttja känd ljusstyrka, B, och uppmätt ljusstyrka, b:

20 Standard Ljuskällor

21 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=MCH); leder till en termisk kärn-explosion

22 Supernova av Typ Ia

23 1 ljusår = 9.46 1015 meter 1 parsec = 3.262 ljusår
Astronomiska avstånd Jorden-solen ljusminuter Solen-vintergatans mitt ~ ljusår Mellan galaxer ~1-5 miljoner ljusår Mest avlägsna galaxer ~ miljarder ljusår ! 1 ljusår = meter 1 parsec = ljusår

24 Nya uppskattningar av H0 med hjälp av Typ Ia Supernovor
Credits: Saurabh Jha

25 1998: Supenova Cosmology Project (+ High-Z Team)
Supernova Cosmology Project (SCP)

26 Bättre mätningar – samma svar!
74% ”Mörk energi”

27 Hubble satelliten: sedan 1990

28 Vi kan observera de mest avlägsna galaxer

29 Extremt skarpa bilder!

30 Det gäller att hitta avlägsna supernovor!

31 Det gäller att hitta avlägsna supernovor!

32 bakgrundsstrålningen
Den kosmologiska bakgrundsstrålningen

33 Principen för bakgrundsstrålningen
Gränsen för det synliga universum. Ges av hur långt ljuset har hunnit gå sedan universum bildades. Det synliga universum 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 miljarder år sedan.

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

35 Kosmisk bakgrundsstrålning – temperaturstrålning
COBE Från

36 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! Tar vi bort dipolen och förstärker kontrasten 100 000x ser vi fluktuationer i bakgrundsstrålningen själv! (Bandet i mitten är vår galax.) Från

37 Universums geometri - illustration
öppet plant slutet 2D-analogi • Parallella linjer divergerar Ω < 1 • Parallella linjer fortsätter parallellt Ω = 1 Ω > 1 • Parallella linjer konvergerar Från

38 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
Skickades upp av NASA i juni 2001. Första årets data släpptes 11 februari 2003. Från

39 Kosmisk bakgrundsstrålning WMAP
Dipolen från jordens rörelse och galaxens emission är borttagen. Från

40 Universums tidsutveckling

41 WMAP mäter rum-tidens krökning

42 Universums utveckling
Från

43 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 !