alkuräjähdys á la Einstein

alkuräjähdys á la Einsteinalkuräjähdys á la Einstein

• ei tapahtunut missään: aika ja avaruus saivat alkunsa alkuräjähdyksessä

• avaruus ei laajene mihinkään tyhjään tilaan• valo kulkee vain 300 000 km/s: katsomalla kauas

katsotaan samalla menneisyyteen• kosmologia kvantitatiivinen tiede, kiitos kosmisen

mikroaaltotaustan

Kosminen mikroaaltotaustaKosminen mikroaaltotausta

syntyi 380 000 vuotta alkuräjähdyksestä:kuuma alkuplasma muuttui läpinäkyväksi

lämpötila nyt2.735 K

400 fotonia/cm3

Fotonit pääsivät kulkemaan vapaasti

kuuma ja tiheä plasma: fotonit törmäilevät elektroneihin

”random walk”

plasma läpinäkymätöntä kunnes lämpötila on laskenut noin 4000 asteeseen

universumi laaje-nee hitaasti

universumi jäähtyy ja plasma tulee läpinäkyväksi

fotonit lähtevät jokaisestapisteestä jokaiseen suuntaan

horisontti

joka hetki havaitsija näkee horisontissaan fotoneita, jotka lähtivät liikkeelle silloin kun plasma tuli läpinäkyväksi

2 miljoonaa vuotta4 miljoonaa vuotta

matka = aika

mitä tapahtui fotoneille havaitsijan lähettyvillä?

universumi laajenee, lämpötila laskee …

galaksit alkavat syntyä …

fotoni havaitaan nyt se on kulkenut 13.3 mrd vuotta

Penzias & Wilson 1965

13.7 mrd valovuotta

380 000 vuottaalkuräjähdyksestä

galakseja

360o tähtitaivas näkyvän valon alueella

jotta näkee alkuräjähdykseen, pitää katsoa mikroaalloilla

tasa-aineinen plasma ei galakseja varhaisessa maailmankaikkeudessa täytyy olla aineen (energian) tihentymiä ja harventumia

tihentymät aine kuumempaaharventumat aine kylmempää

COBE-laukaistiin 1989-mittasi kosmisen mikroaaltotaustan

lämpötilavaihteluita- data 1992

1990-luvun loppu: mikroaaltotaustaa mittaavatilmapallokokeet universumi geometrialtaan tasainen

= 1= 1

massaenergiaa ns. kriittisen arvon verran

PIMEÄ ENERGIA

- TYHJIÖ SISÄLTÄÄ ENERGIAA

- SUURI TEOREETTINEN MYSTEERI!

osallistuu maailmankaikkeuden kehitykseen painovoima-vaikutuksellaan (energia on massaa ja massa energiaa!)

EI KOOSTUHIUKKASISTA

KIIHTYVÄ LAAJENEMINEN

Ensimmäinen vihje:supernovat liian himmeitä

supernova mallia Ib standardikynttilä

kirkkaus maksimissaaina sama

oikea kirkkaus tunnetaan: näennäinen kirkkaus etäisyysspektriviivojen siirtymät pakonopeus

laajenemisnopeus etäisyyden (=ajan) funktiona

kiihtyvä laajeneminen alk. n. 6 mrd v. sitten

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

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

WMAP 2003

WMAP PRIMORDIAL SKY MAP

Kuumia ja kylmiä alueitamuutaman sadastuhannesosa-asteen suuruisia eroja

kuumien ja kylmien alueiden jakaumat ja koot kertovat

- plasman sisältämän aineen koostumuksesta- plasman ainetiheydestä- maailmankaikkeuden laajenemisnopeudesta- maailmankaikkeuden geometriasta

kulmakoko

l

UNIVERSUMIN KALUSTELUETTELO

• tavallista ainetta 4.4%• pimeää ainetta 23%• pimeää energiaa 73%

saa aikaan kiihtyvällä nopeudellalaajenevan avaruuden

PIMEÄ AINE

mustiaaukkoja?

toistaiseksi tuntemattomien alkeishiuk-kasten muodostama kylmä kaasu

supersymmetria:neutraliinot

- ”läpinäkyvää” – ei lähetä eikä vas-taanota sähkömagneettista säteilyä- vaikuttaa painovoimallaan

CERN LHC-kiihdytin 2007

MIKÄ AIHEUTTI UNIVERSUMIN MASSAENERGIAAN

TIHEYSVAIHTELUITA?

oletus: alkuperäiset tiheysvaihtelutfraktaalisia (kokoskaalasta riippumattomia)

22oo

nämä alueet eivätole ehtineet ollakausaalisessa yh-teydessä keskenään

ONGELMA!

KOSMINEN INFLAATIO

heti alkuräjähdyksen jälkeen avaruus laajeni hetkenvaloa nopeammin ( kylmä universumi)

= 1

ennustus: energiatiheys = kriittinen tiheys;maailmankaikkeuden geometria on tasainen

10-35 s

tyhjiöenergiaa

Guth 1980

inflaation aikaisetkvanttiheilahtelut

kosmisessa mikroaalto-taustassa havaittavia säteilyn

lämpötilan vaihteluita

ennustaa muodon:

fraktaalinen

n= 0.9 - 1.0spektri-indeksi

Inflaatio loppuu kuntyhjiöenergia hajoaa

kaikki aine

WMAP RESULTS

= 1.02 0.02n = 0.93 0.03 adiabatic spectral index

b = 0.044 0.004 baryon density

= 0.73 0.04 dark energy

h = 71 Hubble rate

tdec = 379 kyears

- early inflation a scientific fact

+0.04-0.03

+8-7

VARHAISESSA MAAILMANKAIKKEUDESSAMIKROSKOOPPINEN JA MAKROSKOOPPINEN

KOHTAAVAT TOISENSA

INFLAATIO: me olemme olemassamitättömien kvanttihäiriöiden ansiosta

- 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 2007 (suoma- laiset mukana)

SUMMA SUMMARUM:SUMMA SUMMARUM: