Introduktion till Kosmologi
Astropartikelfysik Från det allra minsta till det allra största
Universum inom vår horistont
Gravitationskraften finns överallt!
Einsteins gravitation: geometrisk tolkning Rummet kröks runt massiva kroppar, leder till krökta banor!
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, , A.Einstein (1917) Einstein trodde att Universum var statiskt, behövde därför en ”kompenserande” kraft mot gravitationskraften
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
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
Moderna kosmologin första genombrott (1929) Moderna kosmologin första genombrott (1929). Edwin Hubbles upptäckt: Universum expanderar! Hubble-lagen: vr= H0R
Universums expansion Universums Expansion
Hubbleparametern R(t1) R(t2)
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, q: Med ”standardljus” Utnyttja känd ljusstyrka, B, och uppmätt ljusstyrka, b:
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=MCH); leder till en termisk kärn-explosion
Supernova av Typ Ia
1 ljusår = 9.46 1015 meter 1 parsec = 3.262 ljusår 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 1015 meter 1 parsec = 3.262 ljusår
Nya uppskattningar av H0 med hjälp av Typ Ia Supernovor Credits: Saurabh Jha
1998: Supenova Cosmology Project (+ High-Z Team) Supernova Cosmology Project (SCP)
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!
bakgrundsstrålningen Den kosmologiska bakgrundsstrålningen
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. 13.7 miljarder år sedan.
Kosmisk bakgrundsstrålning Kort historik Gamow förutsåg bakgrundsstrålningen 1946 Penzias och Wilson upptäckte den 1965. Fick nobelpris 1978. Dicke, Peebles, Roll och Wilkinson förklarar Penzias och Wilsons mätningar 1965. Arno Penzias and Robert Wilson, Nobelpris 1978
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! Tar vi bort dipolen och förstärker kontrasten 100 000x ser vi fluktuationer i bakgrundsstrålningen själv! (Bandet i mitten är vår galax.) Från http://space.gsfc.nasa.gov/astro/cobe
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 http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm
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 tidsutveckling
WMAP mäter rum-tidens krökning
Universums utveckling Från http://www.quarkstothecosmos.org/
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 !