Mørk Energi

Det største mysterium i astrofysik

København, 3. december, 2007

Af Ole Bjælde, ph.d.studerende, cand.scient., Århus Universitet

FUNDAMENTALEOBSERVATIONER

Den mørke nattehimmel

Hubble ultra deep field

Olbers paradoks

Fordi lys bevæger sig med en endelig hastighed (300.000 km/s), kigger vi tilbage i tiden, når vi betragter fjerne objekter.

Solen: 8,2 minutter

Alfa Centauri: 4 år

Andromeda 2.2 mio. år

Baggrundsstrålingen: 13.7 mia. år

Universets udvidelse

a(t2)a(t1)

RødforskydningDopplereffekt

Baggrundstrålingen

Hele det synlige Univers i mikrobølger(ca. 40 milliarder lysår)

Baggrundsstrålingen

• Bedste bevis for Big Bang

• Tidlige Univers:

• Rekombination Mikrobølger = 160.4 GHz, = 1.9mmT = 2.725 K

Nobelprisen i Fysik 2006

Homogent & Isotropt Univers

Homogent & isotropt

Homogent & anisotropt Inhomogent & anisotropt

Sloan Digital Sky Survey

Galakser & Galaksehobe

3 epoker

• Tidlige strålingsdomineret epoke

• Mellemliggende stofdomineret epoke

• Nuværende mørk energi-domineret epoke

Universets indhold

NORMALT STOF (STJERNER ETC)5 %

MØRKT STOF25 %

MØRK ENERGI (UNIVERSET UDVIDER SIG HURTIGERE OG HURTIGERE)

70 %

NEUTRINOER0.1-1 %

EVIDENS FOR MØRK ENERGI

Supernovae

• Dobbeltstjernesystem• Hvid dværg• Rød gigantstjerne

• Masseoverførsel

• Chandrasekhar-masse=1.4Msol

• Supernovaeksplosion(SNIa)

• Afstandsmål

Supernovae

Supernova 2002bo

Supernova 2004aw

Andre typer af supernovae

Type II

Eksplosioner af stjerner indeholdende brint

Type I (a,b,c)

Eksplosioner af stjerner ikke indeholdende brint

Supernovae Type Ia

1. Stjernen når Mch og kollapser2. Fusion i næsten hele stjernen3. Stjernen eksploderer pga. den

enorme energi4. Chokbølge udsendes med 3% af c5. Signifikant stigning i lysstyrke6. Henfald af tunge grundstoffer

Supernovae Type Ia

Korrigere for afstand

Nikkel

Kobolt

Supernovae

• Analysere mange lyskurver for SN1a med z<2

• Svagere end i et univers med konstant udvidelse

Universets Geometri

+1

-1

0

Universet har præcist nok mørk energi til at

være fladt!

MØRK ENERGI

Mørk energiDer bliver ikke mindre af det mens

universet udvider sig

Alm. stofDer bliver mindre af det mens universet

udvider sig

Mørk energi vil i sidste ende dominere!

Einstein

• Einsteins feltligninger• Løst af A. Friedmann i 1922• Friedmann-ligningen• Accelerationsligningen

EinsteinStatisk Univers

Einsteins trick

Ny type energi

Positivt krummet univers+1

Galakserne flytter sig!

Kosmologisk Konstant

Vakuum-energiNegativt tryk

Forklarer universets accelererende ekspansion

Koincidens-problem

Kosmologisk konstant-problem

10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

Når vi udregner tætheden tager vi fejl med en faktor

Andre Kandidater?

Quintessence (Kvintessens)

Dynamisk, rum- og tidsafhængig type af energi med negativt tryk

tilstrækkelig til at styre den accelererende ekspansion

Alm. stof, mørkt stof og stråling har positivt tryk

Quintessence

Kan løse koincidensproblemet

Nyt kosmologisk konstant problem =0 ??

Tryk = Kinetisk – PotentielEnergi per volumen = Kinetisk + Potentiel

Neutrinoer med varierende masse

Femte kraft

Mørk energi = Neutrinoer + Quintessence

Kosmologisk Perturbations- teori

• Strukturudvikling fra Big Bang

• Perturbationer gror pga. tyngdekraften

Skæbne

Frosset univers T ! 0

Univers som trækker sig sammen igen

Big Rip slutning?

Alternative Forklaringer

• Universet er fyldt med en slags gas med de rigtige egenskaber

• Newtons tyngdelov er forkert!?

• Vi har mere end 3 rumlige dimensioner og 1 tids-dimension

• Observationerne af SNIa er forkerte!?

Beyond Einstein Missionen

• Styret af NASA

• Observere mange SNIa

• ADEPT

• SNAP

• Destiny

ADEPTAdvanced Dark Energy Physics Telescope

•1.1 meter teleskop•100 mio. galakser•1000 SNIa

Se på fordelingen af galakser –Sammenligne hvordan de klumper pga. tyngdekraften nu i forhold til i dettidlige univers.

SNAP

Observertioner af mange supernovae vil fortælle hvordan universet har

udvidet sig

• 1.8-meter teleskop med en CCD detektor med en milliard pixels

• 2000 SNIa/år – nære og fjerne

SuperNova/Acceleration Probe

Destiny

• 1.65-meter teleskop• 3000 SNIa på 2 år• 1000 kvadratgraders

undersøgelse af fordeling af stof i universet siden Big Bang

• 10 gange bedre sensitivitet end jordbaserede eksperimenter

Dark Energy Space Telescope

Åbne Spørgsmål

• Hvor kom de første inhomogeniteter fra?

• Hvad er mørkt stof?

• Hvad er mørk energi?

Svarene skal findes ved hjælp af fysik ved meget høj energi!

Stærk vekselvirkning

Elektromagnetisk vekselvirkning

Svage vekselvirkning

Tyngdekraft

Energi/GeV

100 1015 1019

GUT (Grand unified theory)

T.O.E

Forening af naturkræfter

Elektrosvage vekselvirkning

Flat univers, inhomogeniteter

Mørkt stof?

Mørk energi?

TAK FOR NU!

The Finger of God (Del af Carina-tågen)

Ekstra Læsning

• http://universe.nasa.gov/• http://arxiv.org/PS_cache/hep-th/pdf/0603/06030

57v3.pdf• http://astro.ku.dk/dark/pr/articles/NV_Supernova.

pdf• http://map.gsfc.nasa.gov• http://www.dr.dk/P1/rosenkjaer/Anja+Andersen

/20070319112839.htm