Galakser Mørk stof Kristian Pedersen.pdf - Horsens HF og VUC

Dugfriske målinger af mørkt stof:
Hvor meget er der – og hvad er det?
Kristian Pedersen
www.dark-cosmology.dk Dark Cosmology Centre l Niels Bohr institutet l Københavns Universitet

Fakta:
Spørgsmål:
Det lokale univers =>
Big Bang kernesyntese =>
Galaksehobe =>
Hvor er baryonerne?
Ω ≈ 0.004
*
Ω = 0.04 ± 0.01
bar
Ω = 0.25 ± 0.04
Hvor er det mørke stof – og hvad er det?
m

Galaksedannelse og mørkt stof:
Hubble Ultra Deep Field
De første galakser dannes da Universet er mindre end 1 mia. år
Dengang var Universet varmt, tæt og fyldt af lys
Galakser kan ikke dannes af ”alm. stof” - kun hvis der allerede da er ”klumper” af
mørkt stof
=> Ingen mørkt stof – ingen galakser !

Stjerner

Galakser

Virgo galaksehoben

Hvad gør vi?
⇒ Studere lysende stof og afled
egenskaber af mørkt stof
2 eks.:
(i) Kortlægge mørkt stof i galakse
(ii) Astro-partikelfysik: Teste egenskab
ved kandidat til mørkt stof

Very Large Telescope Chandra X-ray Observatory

Coma galaksehoben

Vejning af galaksehobe fra X-data
Hydrostatisk ligevægt:
dP GM tot
=− gρ=− 2
dr r
⇒
kTr
Mtot ( < r)
=−
Gµ mp ⎛dln ρgas
d lnT
⎞
⎜ + ⎟
⎝ d ln r d ln r ⎠
⇒ M ( < r) ∝ kT× r
tot
Måle spektrum af varm gas => Temperatur af gassen => Totale masse

”Varme atmosfærer” til måling af mørkt stof fordeling
Galaksehob
T M
8 15
≈10 K, ≈10 M
Galaksegruppe Elliptisk galakse
T M
7 13
≈10 K, ≈10 M
T M
7 12
≤10 K, ≈10 M

Galaksehobe på grisevægten
?
Stof
Galakser
Varm gas
Mørkt stof
Brøkdel af
total masse
5%
25%
70%

Har spiralgalakser ”varm atmosfære”?
NGC 5746

Modeller/simulationer

Chandra observationer

Chandra resultater vs. simulationer

Massebestemmelser af NGC 5746
Masse af ”varm atmosfære”
9
M gas 1.9 0.7 10 M
= ± ×
Masse af stjerner
11
M M
* = 2.7 ± 0.1× 10
Total masse
11
M tot 5.6 2.0 10 M
= ± ×
NGC 5746 domineret af mørkt stof
Ingen mørkt stof => Ingen varm atmosfære!

Chandra data + optisk billede af NGC 5746

Politiken
6. februar
2006

Hvad er det mørke stof?
Ikke ”alm. stof” –kan ikke påvirke/ påvirkes af lys… ”eksotisk” stof.
=> Elementarpartikler skabt i Big Bang
Men hvilke(n)???
Ex.: Sterile neutrinoer
Udvidelse af ”standard modellen”, har forudsigelige egenskaber
Henfalde ved udsendelse af foton med energi
1
2 v Eν m c =
2
Forventet masse => X-ray fotoner ved henfald

Lede efter foton-henfald fra sterile neutrinoer
X-observationer af tunge
”klumper” af mørkt stof:
Mælkevejens halo
Nære galakser
Nære galaksehobe
Optimering af
forventet signal fra mørkt stof/
signal fra lysende stof

Sterile neutrinoer i Mælkevejen?
Chandra obs. ud gennem Mælkevejens halo

Øvre grænse for henfaldsrater for sterile neutrinoer
Ikke tilladt område
Tilladt område

Nedre grænse på levetid for sterile neutrinoer

Tilladt masse for sterile neutrinoer

Næste skridt
Kombinere forskellige metoder til at måle fordelingen
af mørkt stof i galakser og galaksehobe:
X-rays, gravitational linseeffekt, virial teoremet
Kombinere astrofysik og partikelfysik:
Teste andre kandidater til mørkt stof (X-ray, gamma-
ray,…)
Symbiose mellem ”det største” (Universet) og ”det mindste”
(elementarpatikelfysik)