peter laursen

www.dark-cosmology.dk/~pela Dark Cosmology Centre | Niels Bohr Institutet | Københavns Universitet

Peter Laursen

Kosmologi

2

Astronomi

3

Kosmologi - hvad?

4

Kosmologi - hvorfor?

5

Aristoteles (384 - 322 f.Kr.)

Første gennemtænkte model for Universet

Den nedre sfære:Jord, luft, ild og vand

Den øvre, stjernernes sfære:Æteren

6

Aristoteles (384 - 322 f.Kr.)

7

Situationen i starten af 1600-tallet:

8

Kepler

€

F =Gm1m2

r2,

Newton

9

Endeligt eller uendeligt Univers

10

Det næste virkeligt store gennembrud:Einsteins

relativitetsteori

11

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

Einsteins relativitetsteori

12

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

13

Edwin Hubble (1889 - 1953)

14

Nu

15

Før

16

Endnu før

17

Vores Univers må altså have haft en begyndelse.

Kommer det så også til en afslutning engang i fremtiden?

Dette afhænger stoftætheden i Universet:

€

Ω=ρ

ρkritisk

18

Et tomt univers udvider sig lineært med tiden: R ∝ t

Masse vil pga. tyngdekraften bremse udvidelsen

Hvis ΩM > 1, kollapser Universet i et "Big Crunch”

19

Det totale bidrag til Ω fra almindeligt stof:Stjerner: Ω ~ 0.005

€

Ωnormalstof = 0.046 ± 0.0015

Interstellart gas:Ω ~ 0.005

Gas i galaksehobe:Ω ~ 0.03

20

Den umiddelbare konklusion ser ud til at være, at Universet udvider sig for evigt, omend langsommere og langsommere.

Er det nu også rigtigt?

Hvad nu, hvis der er stof, vi ikke kan se?

21

Stjernens bane

En galakses masse kan findes ud fra stjernernes baner:

Tyngdekraft

Hastighed

Centrifugalkraft

22

En typisk galakse indeholder omkring 5-6 gange så meget masse som det synlige. Denne ekstra masse kaldes "mørkt stof".

23

Faktisk blev det mørke stof første gang observeret i 1933 af Fritz Zwicky i Comahoben, der har en masse, der er mindst ti gange så stor som massen af gassen og stjernerne i den.

24

Evidens for mørkt stof kommer også fra gravitationel linsning

25

Bullet Cluster: Optisk lys

26

Bullet Cluster: Optisk + grav. linsn.

27

Bullet Cluster: Optisk + X-ray

28

Bullet Cluster: Optisk + grav.linsn. + X-ray

29

Fra galaktiske rotationskurver og mørkt stof i galaksehobe fås, at

Ω = 0.28 ± 0.01

85% af massen er mørk, men stadig et åbent, ekspanderende Univers.

Hvad med den kosmologiske konstant?

€

Ω=ΩM + ΩΛ

30

Den kosmologiske konstant virker som en anti-tyngdekraft, som får Universets udvidelse til at accelerere.

31

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

32

Det tidlige Univers: Meget varmt og tæt.Ikke gennemsigtigt for lys.

Det nuværende Univers:Meget koldt og tomt.Gennemsigtigt for lys.

Universets alder: ca. 380.000 år

Den kosmiske mikrobølgebaggrundstråling

33

Første gang målt i 1965 af Penzias and Wilson (Nobelpris 1978)Næsten isotrop stråling med <T> = 2.728 K

Den kosmiske mikrobølgebaggrundstråling

34

1992: Første måling af ujævnheder - eller anisotropi - i strålingen af den amerikanske satellit COBE

€

δTT

≈ 2 ×10−5 (δT ≈18μK)

Den kosmiske mikrobølgebaggrundstråling

35

De små ujævnheder i baggrundsstrålingen er siden vokset og blevet til galakser, stjerner, og i sidste ende os...

Ved at måle ujævnhederne kan man bestemme Universets geometri.

Den kosmiske mikrobølgebaggrundstråling

2001 - nu: WMAP-satellitten måler anisptropien til ekstrem nøjagtighed

36

Åbent univers: Ω<1

Fladt univers: Ω < 1

Lukket univers: Ω > 1

Den kosmiske mikrobølgebaggrundstråling

37

Bedste bud:

Ωb = 0.05ΩDM = 0.23Ω = 0.72

Universet er fladt,vil udvide sig for evigt,og er domineret af mørkt stof og mørk energi.

38

Lyman

ELy = 10.2 eV

0 = 1216 Å

0 = 2.466 X1015 s-1

39

ELy = 0.0000000000000000000004 kcal

0 = 0.00001216 cm

0 = 2.466 million GHz

Lyman

40

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

Kvasarer

41

DLA linie

Lyman skoven

42

Hvordan dannes LyKølestråling (~10%)

Stjernekilder (~90%)

Metagalaktisk felt (~1%)

Unge galakser burde være synlige (Partridge & Peebles, 1967)

43

Kosmologisk simulering- The Movie

44

Film fjernet

45

Diffusion i rum og frekvens

46

Monte Carlo kode

L, T, nHI,vbulk

47

Udsend foton

^Bestem n

Bestem uatom

Bestem

Slip fri!

Numeriske modeller

48

“It would seem that large digital

computers could be applied

very

profitably to this problem”

Osterbrock (1962)

Numeriske modeller

49

Surface brightness maps

50

Spektrer

51

Støv

52

Støv = liv

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

53

Grunden til at jeg planlægger at vie et arbejdsliv til det her:

+ man kan leve af det...