UNI VERSITET

aalborg.unf.dk
  • No tags were found...

Dark Matter - UNF Aalborg

AARHUS

UNIVERSITET 9. OKTOBER 2012

Mørkt stof og mørk energi

CHRISTIAN SCHULTZ

UNF AALBORG

UNI VERSITET


AARHUS

UNIVERSITET

OUTLINE

› Introduktion til kosmologi

› Den kosmiske baggrund

› En universel historietime

› Mørke emner

› Struktur af kosmos

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

2


AARHUS

UNIVERSITET

KOSMOLOGI

› Kosmos: Det ordnede

hele

› Logi: Læren om

› Kosmo+logi: Læren om

universet som helhed

› Beskæftiger sig med det

meget store og/eller det

meget gamle (Big Bang)

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

3


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

4


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

5


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

6


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

7


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

8


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

9


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

10


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

11


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

12


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

› Hvor langt tilbage kan vi egentlig se? Kan vi se Big

Bang?

› Hvor stort er det observable univers?

› Er der mere i universet end det vi kan observere?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

13


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR LANGT TILBAGE KAN VI SE?

13 mia. gammelt lys

13.2 mia. gammelt lys

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

14


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR LANGT TILBAGE KAN VI SE?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

15


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR LANGT TILBAGE KAN VI SE?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

16


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR LANGT TILBAGE KAN VI SE?

I ”alle” retninger ser vi det samme!

Mikrobølgebaggrund

Mikrobølger. Ikke grønt lys!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

17


AARHUS

UNIVERSITET

MIKROBØLGEBAGGRUNDEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

18


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR LANGT TILBAGE KAN VI SE?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

19


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR LANGT TILBAGE KAN VI SE?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

20


AARHUS

UNIVERSITET

ER DER MERE I UNIVERSET END HVAD

VI SER?

› Universet er ca. 13.8 mia. år gammelt

› Svarer ca. til en størrelse på 93 mia. lysår (mystisk!)

› Der er, på mange måder, mere i universet end hvad

vi kan se (universet er for alle praktiske formål

uendeligt)

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

21


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET GENNEM ET TELESKOP

› Hvor langt tilbage kan vi egentlig se? Kan vi se Big

Bang?

› Hvor stort er det observable univers?

› Er der mere i universet end det vi kan observere?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

22


AARHUS

UNIVERSITET

VIGTIGE OPDAGELSER I

KOSMOLOGIEN

› Rummets ekspansion

› Mikrobølgebaggrunden

› Ekspansionsraten accelererer

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

23


AARHUS

UNIVERSITET

VIGTIGE OPDAGELSER I

KOSMOLOGIEN

› Rummets ekspansion

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

24


AARHUS

UNIVERSITET

RUMMETS EKSPANSION

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

25


AARHUS

UNIVERSITET

RUMMETS EKSPANSION

Afstandene i universet vokser!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

26


AARHUS

UNIVERSITET

RUMMETS EKSPANSION

› Ekspansion i den forstand

at afstande vokser

› Udvider sig ikke ”ud i

noget”

› Ligesom at leve på en

ballon der bliver pustet

op: Alle steder udvider

sig lige meget, intet

centrum

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

27


AARHUS

UNIVERSITET

VIGTIGE OPDAGELSER I

KOSMOLOGIEN

› Mikrobølgebaggrunden

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

28


AARHUS

UNIVERSITET

MIKROBØLGEBAGGRUNDEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

29


AARHUS

UNIVERSITET

MIKROBØLGEBAGGRUNDEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

30


AARHUS

UNIVERSITET

MIKROBØLGEBAGGRUNDEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

31


AARHUS

UNIVERSITET

MIKROBØLGEBAGGRUNDEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

32


AARHUS

UNIVERSITET

ET VINDUE TIL BIG BANG

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

33


AARHUS

UNIVERSITET

REKOMBINATION

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

34


AARHUS

UNIVERSITET

REKOMBINATION

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

35


AARHUS

UNIVERSITET

ET VINDUE TIL BIG BANG

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

36


AARHUS

UNIVERSITET

VIGTIGE OPDAGELSER I

KOSMOLOGIEN

› Ekspansionsraten accelererer

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

37


AARHUS

UNIVERSITET

STANDARD LYSKILDER

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

38


AARHUS

UNIVERSITET

STANDARD LYSKILDER

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

39


AARHUS

UNIVERSITET

EKSPANSIONEN ACCELERERER

› Hastighed væk fra os er

lineær (Hubble’s lov) for

nære galakser

› Passer ikke med fjerne

galakser: De lyser

svagere end forventet

› Nobelpris 2011

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

40


AARHUS

UNIVERSITET

MØRK ENERGI

› Normalt stof bremser

accelerationen

› Vi skal bruge noget ”der

skubber på” universet:

Negativt tryk (udad)

› Vi kalder det for mørk

energi

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

41


AARHUS

UNIVERSITET

MØRK ENERGI

› Mørk energi er ikke

årsagen til udvidelsen

› Mørk energi er årsagen til

accelerationen af

udvidelsen

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

42


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSETS SKÆBNE

Acceleration

Vi er her

Big Bang

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

43


AARHUS

UNIVERSITET

FORTOLKNINGER

› Ekspansion: Universet er en dynamisk størrelse

› Mikrobølgebaggrund: Universet havde en varm

fødsel – Big Bang

› Acceleration: Universet indeholder andet end det vi

kender – mørk energi

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

44


AARHUS

UNIVERSITET

DET KOSMISKE PRINCIP

› Kosmologi er baseret på det kosmiske princip:

Der er ikke – i gennemsnit på stor skala –

noget specielt sted i universet. Universet er

statistisk isotropt og homogent på store

skalaer

› Det kosmiske princip + den Generelle Relativitetsteori

= Kosmologi

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

45


AARHUS

UNIVERSITET

DET KOSMISKE PRINCIP

”Ens”

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

46


AARHUS

UNIVERSITET

DEN KOSMISKE STANDARDMODEL

Universets

ekspansion

Mikrobølgebaggr

unden

Den kosmiske

standardmodel

Ekspansionens

acceleration

Det kosmiske

princip

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

47


AARHUS

UNIVERSITET

EN KOSMOLOGISK HISTORIETIME

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

48


AARHUS

UNIVERSITET

MIKROBØLGER IGEN IGEN

› Fluktuationerne i CMB’en skyldes kvantefluktuationer

i det meget tidlige univers

› Det er efterladenskaber fra universets allertidligste

periode

› Formen af pletterne giver os universets geometri

› Studiet af CMB giver os indblik i det tidlige univers

(inflationsfasen)

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

49


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSETS GEOMETRI

› Geometri: ”Studiet af

trekanter”

› Vinkelsummen i en

trekant afhænger af

krumningen

› Universets geometri er

afgørende for hvordan vi

oversætter observerede

vinkler til fysisk størrelse

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

50


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSETS GEOMETRI

› Kugle: Σ > 180°

› Saddelflade: Σ < 180°

› Plan: Σ =180°

› Einstein har lært os at

rummets geometri

afhænger af universets

indhold!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

51


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSETS GEOMETRI

Universets geometri Universets tæthed

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

52


AARHUS

UNIVERSITET

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

53


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSETS GEOMETRI

Vi finder den totale

tæthed af universet!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

54


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSETS INDHOLD

› Vi tæller antal galakser

per Mly 3

› Finder at det kun er

ca.0.5 % af massen!

› Tager intergalaktisk gas

med: ca. 3.5 % af

massen!

› Resten af universet er

mørkt!

Universet er meget mørkt!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

55


AARHUS

UNIVERSITET 9. OKTOBER 2012

EFTER PAUSEN: DEN MØRKE HALVDEL

CHRISTIAN SCHULTZ

UNF AALBORG

UNI VERSITET


AARHUS

UNIVERSITET

FØR PAUSEN:

› Vi har set:

› Det tidligste glimt af Big Bang vi kan direkte

observere er CMB’en

› Universet må udvide sig

› Udvidelsen af universet er for nylig begyndt at

accelerere – mørk energi

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

57


AARHUS

UNIVERSITET

TAKE HOME MESSAGE I:

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

58


AARHUS

UNIVERSITET

KAN VI SE MØRK ENERGI?

Mørk energi?

Nej, molekylesky i

mælkevejen!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

59


AARHUS

UNIVERSITET

KAN VI SE MØRK ENERGI?

› Vi kan kun indirekte

observere mørk energi –

deraf navnet

› Er mørk energi så bare

en systematisk målefejl?

› Måske vi ikke har gode

nok modeller for

supernovaer?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

60


AARHUS

UNIVERSITET

EVIDENS FOR MØRK ENERGI

› Supernovaer

› Universet er fladt (fra CMB). Hvis vi tæller det vi kan

se, er det ikke nok.

› CMB’en er på sin rejse til os blevet forstyrret

(Integrerede Sachs-Wolfe effekt)

Mørk energi er ikke en målefejl!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

61


AARHUS

UNIVERSITET

MULIGE FORTOLKNINGER AF MØRK

ENERGI

› Ingen ved hvad mørk energi er!

› Konstant vakuum energi: Kosmologisk konstant?

› Korrektioner til Einsteins Generelle Relativitetsteori?

› Eksotiske partikler?

› Mange ting synes at hinte mod en konstant vakuum

energi, men ikke sikkert

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

62


AARHUS

UNIVERSITET

KOSMOLOGISK KONSTANT

› Vi ved at der faktisk er

energi i vakuum

Elektron ind

Elektron ud

› Ingenting kan være

eksakt nul – kun i

gennemsnit over tid

› D.v.s. der er små

fluktuationer omkring nul:

Dannelse af virtuelle

partikler

Tid

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

63


AARHUS

UNIVERSITET

VAKUUM ENERGI

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

64


AARHUS

UNIVERSITET

VAKUUM ENERGI

› Vakuum energi er målt

› Det findes!

› Overfører man

eksperimenter til

universet…

› …passer det helt vildt

dårligt (faktor 10 120

dårligt). Dårligste

UNF Aalborg 9. OKTOBER 2012

forudsigelse i fysikken!

CHRISTIAN SCHULTZ

65


AARHUS

UNIVERSITET

KOSMOLOGISK KONSTANT =

VAKUUM ENERGI?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

66


AARHUS

UNIVERSITET

DET UNIVERSELLE ENERGIREGNSKAB

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

67


AARHUS

UNIVERSITET

DET UNIVERSELLE ENERGIREGNSKAB

KOSMOLOGISK KONSTANT

Samme tæthed på trods af Universets

udvidelse

NORMALT STOF

Mindre tæthed pga. udvidelsen

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

68


AARHUS

UNIVERSITET

DET UNIVERSELLE ENERGIREGNSKAB

Vigtigt at forstå

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

69


AARHUS

UNIVERSITET

HVORFOR TROR VI AT DER ER MØRKT

STOF?

› Strukturdannelse

› Hastigheder i hobe

› Rotationskurver i galakser

› +1000 andre grunde.

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

70


AARHUS

UNIVERSITET

HVORFOR TROR VI AT DER ER MØRKT

STOF?

Mange urelaterede

problemer kan løses, hvis vi

accepterer, at der findes stof,

vi ikke kan se!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

71


AARHUS

UNIVERSITET

STRUKTURDANNELSE

› Kender størrelsen af

fluktuationer ved

rekombination

› Ved hvornår de første

stjerner/galakser dannes

Mørkt stof skal virke som frø

for strukturdannelsen!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

72


AARHUS

UNIVERSITET

HASTIGHEDER I HOBE

Zwicky, 1934

Coma hoben

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

73


AARHUS

UNIVERSITET

ROTATION I EN GALAKSE

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

74


AARHUS

UNIVERSITET

MØRKT STOF VS. MØRK ENERGI

› Mørkt stof

› Mørk energi

› Klumper

› Trækker stof indad

› Vigtig i det unge univers

› Relevant i dag

› Klumper ikke

› Skubber stof væk

› Vigtig i det gamle univers

› Meget relevant i dag

› Indirekte observationer

› Indirekte observationer

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

75


AARHUS

UNIVERSITET

HVAD ER MØRKT STOF?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

76


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR FINDER VI MØRKT STOF?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

77


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR FINDER VI MØRKT STOF?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

78


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR FINDER VI MØRKT STOF?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

79


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR FINDER VI MØRKT STOF?

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

80


AARHUS

UNIVERSITET

HVOR FINDER VI MØRKT STOF?

› Mørkt stof findes alle

steder vi også finder

almindeligt stof

› Også i solsystemet!

› Også i din baghave!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

81


AARHUS

UNIVERSITET

STRUKTURER I UNIVERSET

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

82


AARHUS

UNIVERSITET

EN TYPISK GALAKSE: MÆLKEVEJEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

83


AARHUS

UNIVERSITET

GALAKSEHOBE

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

84


AARHUS

UNIVERSITET

STORSKALASTRUKTUR

Mørkt stof altafgørende

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

85


AARHUS

UNIVERSITET

STRUKTURER I UNIVERSET

› Jo større skala – jo mere

betyder mørkt stof

› Stjerner Galakser

Galaksehobe ?

› Er alting grupperet i

voksende skalaer?

› Det kosmiske princip

siger nej!

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

86


AARHUS

UNIVERSITET

DEN STØRSTE SKALA

› Superhobe klumper sammen i hvad man kalder

filamenter

› Filamenterne kan være op mod 300 mio. lysår store.

› På større skalaer er universet homogent og isotropt

› Der findes ikke super-duper hobe. Endnu…

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

87


AARHUS

UNIVERSITET

DEN STØRSTE SKALA

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

88


AARHUS

UNIVERSITET

DET KOSMISKE PRINCIP

Kugler af denne størrelse er

”ens” i gennemsnit

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

89


AARHUS

UNIVERSITET

UNIVERSET SET UDEFRA: MILLENIUM

SIMULERINGEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

90


AARHUS

UNIVERSITET

MILLENIUM SIMULERINGEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

91


AARHUS

UNIVERSITET

MILLENIUM SIMULERINGEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

92


AARHUS

UNIVERSITET

MILLENIUM SIMULERINGEN

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

93


AARHUS

UNIVERSITET

STRUKTURDANNELSE

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

94


AARHUS

UNIVERSITET

TAKE HOME MESSAGE II:

› Universet udvider sig

› Universet startede i en varm, tæt fase og afkølede

gradvist. Mikrobølgebaggrunden er en glød fra

universets fødsel

› For at forstå observationer introducerer vi mørk

energi og mørkt stof

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

95


AARHUS

UNIVERSITET

TAKE HOME MESSAGE II:

› Mørk energis tæthed er (sandsynligvis) konstant i tid

og rum: Vakuum energi

› Mørkt stof er sandsynligvis ny elementarpartikel

(WIMPs)

› De største strukturer i universet (filamenterne) er ca.

300 mio. lysår store

UNF Aalborg

CHRISTIAN SCHULTZ

9. OKTOBER 2012

96


AARHUS

UNIVERSITET 9. OKTOBER 2012

TAK FOR NU

CHRISTIAN SCHULTZ

UNF AALBORG

Eventuelle spørgsmål: cs06@phys.au.dk

UNI VERSITET

More magazines by this user
Similar magazines