alkuräjähdys á la Einstein

Esitys aiheesta: "alkuräjähdys á la Einstein"— Esityksen transkriptio:

1 alkuräjähdys á la Einstein
ei tapahtunut missään: aika ja avaruus saivat alkunsa alkuräjähdyksessä avaruus ei laajene mihinkään tyhjään tilaan valo kulkee vain km/s: katsomalla kauas katsotaan samalla menneisyyteen kosmologia kvantitatiivinen tiede, kiitos kosmisen mikroaaltotaustan

2 Kosminen mikroaaltotausta
syntyi vuotta alkuräjähdyksestä: kuuma alkuplasma muuttui läpinäkyväksi Fotonit pääsivät kulkemaan vapaasti 400 fotonia/cm3 lämpötila nyt 2.735 K

3 kuuma ja tiheä plasma: fotonit törmäilevät elektroneihin
”random walk” universumi laaje- nee hitaasti plasma läpinäkymätöntä kunnes lämpötila on laskenut noin 4000 asteeseen

4 universumi jäähtyy ja plasma tulee läpinäkyväksi
matka = aika horisontti fotonit lähtevät jokaisesta pisteestä jokaiseen suuntaan 4 miljoonaa vuotta 2 miljoonaa vuotta joka hetki havaitsija näkee horisontissaan fotoneita, jotka lähtivät liikkeelle silloin kun plasma tuli läpinäkyväksi

5 mitä tapahtui fotoneille havaitsijan lähettyvillä?

6

7 universumi laajenee, lämpötila laskee …

8

9 galaksit alkavat syntyä …

10 fotoni havaitaan nyt  se on kulkenut 13.3 mrd vuotta
Penzias & Wilson 1965

11 13.7 mrd valovuotta galakseja vuotta alkuräjähdyksestä

12 360o tähtitaivas näkyvän valon alueella
jotta näkee alkuräjähdykseen, pitää katsoa mikroaalloilla

13 tasa-aineinen plasma  ei galakseja  varhaisessa
maailmankaikkeudessa täytyy olla aineen (energian) tihentymiä ja harventumia tihentymät  aine kuumempaa harventumat  aine kylmempää COBE laukaistiin 1989 mittasi kosmisen mikroaaltotaustan lämpötilavaihteluita - data 1992

14  = 1 1990-luvun loppu: mikroaaltotaustaa mittaavat
ilmapallokokeet  universumi geometrialtaan tasainen  = 1 massaenergiaa ns. kriittisen arvon verran

15 PIMEÄ ENERGIA EI KOOSTU HIUKKASISTA - TYHJIÖ SISÄLTÄÄ ENERGIAA
- SUURI TEOREETTINEN MYSTEERI! osallistuu maailmankaikkeuden kehitykseen painovoima- vaikutuksellaan (energia on massaa ja massa energiaa!) KIIHTYVÄ LAAJENEMINEN

16 supernovat liian himmeitä
Ensimmäinen vihje: supernovat liian himmeitä supernova mallia Ib standardikynttilä kirkkaus maksimissa aina sama oikea kirkkaus tunnetaan: näennäinen kirkkaus  etäisyys spektriviivojen siirtymät  pakonopeus  laajenemisnopeus etäisyyden (=ajan) funktiona kiihtyvä laajeneminen alk. n. 6 mrd v. sitten

17 PIMEÄ ENERGIA ~ KOSMOLOGINEN VAKIO
suljettu geometria = aine vetää itsensä jälleen kasaan avoin geometria = vetovoima ei riitä, nopeus kuitenkin hidastuu kiihtyvä liike: vaaditaan lisäpotkua = tyhjiön työntövoima PIMEÄ ENERGIA ~ KOSMOLOGINEN VAKIO

18 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
WMAP 2003

19 WMAP PRIMORDIAL SKY MAP
muutaman sadastuhannesosa- asteen suuruisia eroja Kuumia ja kylmiä alueita

20 kuumien ja kylmien alueiden jakaumat ja koot kertovat
- plasman sisältämän aineen koostumuksesta - plasman ainetiheydestä - maailmankaikkeuden laajenemisnopeudesta - maailmankaikkeuden geometriasta

21 l kulmakoko

22

23 UNIVERSUMIN KALUSTELUETTELO
tavallista ainetta 4.4% pimeää ainetta 23% pimeää energiaa 73% saa aikaan kiihtyvällä nopeudella laajenevan avaruuden

24 PIMEÄ AINE toistaiseksi tuntemattomien alkeishiuk-
- ”läpinäkyvää” – ei lähetä eikä vas- taanota sähkömagneettista säteilyä - vaikuttaa painovoimallaan mustia aukkoja? toistaiseksi tuntemattomien alkeishiuk- kasten muodostama kylmä kaasu supersymmetria: neutraliinot CERN LHC-kiihdytin 2007

25 MIKÄ AIHEUTTI UNIVERSUMIN MASSAENERGIAAN TIHEYSVAIHTELUITA?
oletus: alkuperäiset tiheysvaihtelut fraktaalisia (kokoskaalasta riippumattomia) MIKÄ AIHEUTTI UNIVERSUMIN MASSAENERGIAAN TIHEYSVAIHTELUITA?

26 2o ONGELMA! nämä alueet eivät ole ehtineet olla kausaalisessa yh-
teydessä keskenään 2o ONGELMA!

27  = 1 KOSMINEN INFLAATIO 10-35 s
Guth 1980 heti alkuräjähdyksen jälkeen avaruus laajeni hetken valoa nopeammin ( kylmä universumi) tyhjiöenergiaa  = 1 10-35 s ennustus: energiatiheys = kriittinen tiheys; maailmankaikkeuden geometria on tasainen

28 fraktaalinen inflaation aikaiset kvanttiheilahtelut
ennustaa muodon: fraktaalinen n= spektri-indeksi kosmisessa mikroaalto- taustassa havaittavia säteilyn lämpötilan vaihteluita Inflaatio loppuu kun tyhjiöenergia hajoaa kaikki aine

29 n = 0.93  0.03 adiabatic spectral index
WMAP RESULTS  = 1.02  0.02 n =  0.03 adiabatic spectral index b =  baryon density  = 0.73  0.04 dark energy h = Hubble rate tdec = kyears +0.04 -0.03 +8 -7 - early inflation a scientific fact

30 VARHAISESSA MAAILMANKAIKKEUDESSA MIKROSKOOPPINEN JA MAKROSKOOPPINEN
KOHTAAVAT TOISENSA INFLAATIO: me olemme olemassa mitättömien kvanttihäiriöiden ansiosta

31 SUMMA SUMMARUM: - kiitos havaintojen, kosmologia on muuttunut
täsmätieteeksi - teoreettinen kehittely: pieni ja suuri kohtaavat alkuräjähdyksessä (mm. säieteoriat) - uusia kokeita tulossa: mm Euroopan avaruus- järjestön ESAn Planck-satelliitti (suoma- laiset mukana)