Newtoniaanse Kosmologie Newtonian Cosmology

Transcriptie

1 Newtoniaanse Kosmologie Newtonian Cosmology Jörg Hörandel Afdeling Sterrenkunde IMAPP

2

3 1.0 Het doel van dit college: Ontstaan en ontwikkeling van het heelal

4 1.0 Overzicht van het college: de grote lijnen Geschiedenis Waarnemingen: Het uitdijende Heelal Terug in de tijd: de oerknal en kosmische achtergrondstraling Hoe dijt het Heelal uit? De Friedmann vergelijkingen Het vroege Heelal: nucleosynthese en fundamentele fysica De vorming van structuur: sterren en sterrenstelsels Metingen in het Heelal: het testen van het model Moderne verassingen: versnelde uitdijing! Problemen en successen van het Standaardmodel De toekomst

5

6 1.0 Rekenen aan het heelal: 1.1 Geschiedenis 1.2 Waarnemingen 2.1 De Friedmannvgln 2.2 Open / gesloten heelal 3.1 Heelal met koud gas 3.2 Heelal met relativistisch

7 1.1 Geschiedenis Liddle Ch.1

8 1.1 Geschiedenis: Niet de aarde maar de Zon staat in het centrum van ons Zonnestelsel (Copernicus )

9 1.1 Geschiedenis: Zijn de nevelvlekken sterreneilanden als het onze? (Immanuel Kant )

10

11 1.1 Geschiedenis: Het heelal is veranderlijk! (William Herschel, , dubbelsterren)

12 1.1 Geschiedenis: Het heelal dijt uit! (Vesto Slipher 1914; Edwin Hubble 1929)

13 1.1 Geschiedenis: Het heelal: sterstelsels, overal waar je kijkt (Gerard de Vaucouleurs 1970; Hubble Space T.)

14 1.1 Geschiedenis: Hypothese: Het kosmologisch of Copernicaans principe Isotropie en homogeniteit van het heelal, ofwel Het heelal ziet er (op elk moment) hetzelfde uit, ofwel De plaats van de mens in het heelal kent geen voorkeurspositie

15

16

17 1.1 Geschiedenis: Is de oergloed nog zichtbaar?

18 1.3 Geschiedenis: Waarom is het s nachts donker? (Heinrich Olbers , maar ook Johannes Kepler 1610, Thomas Digges )

19 1.2 Waarnemingen Liddle Ch. 2

20 1.2 Waarnemingen, Inhomogeniteit De Zon: afstand 150 miljoen km

21 1.2 Waarnemingen, Inhomogeniteit De sterrenhemel ~1 miljoen x afstand zon

22

23 1.2 Waarnemingen, Inhomogeniteit M31 Melkwegstelsel: ~1 miljoen x afstand ster

24 1.2 Waarnemingen, Inhomogeniteit

25 1.2 Waarnemingen, Homogeniteit op 1 Gpc Het heelal: ~ 1000 keer afstand M31

26 CfA2 Survey Inhomogeniteit Grote Muur 200x80x10 Mpc Lokale Supercluster Pisces-Perseus Supercluster

27

28 1.2 Waarnemingen, Homogeniteit op 10 Gpc 2 degree Field Quasar Redshift Survey

29 1.2 Waarnemingen, Uitdijing Dopplereffect en uitdijing heelal Newtoniaanse kosmologie 2010 Jan Kuijpers 22

30 1.2 Waarnemingen, Uitdijing Roodverschuiving Relativistisch Dopplereffect Dus voor kleine snelheden Wet van Hubble

31

32 1.2 Waarnemingen, Uitdijing Meer voorbeelden: de wet van Hubble Newtoniaanse kosmologie 2010 Jan Kuijpers 26

33 1.2 Waarnemingen, Uitdijing Hubble s metingen Wet van Hubble Newtoniaanse kosmologie 2010 Jan Kuijpers 27

34 1.2 Waarnemingen, Uitdijing Moderne uitbreiding Newtoniaanse kosmologie 2010 Jan Kuijpers 28

35 Expansion of the Universe The universe is homogene and isotrop 35

36 1.2 Waarnemingen, Oergloed 1964 Penzias & Wilson Nobelprijs 1974

37 1.2 Waarnemingen, Oergloed Jaren 90: COBE K!!!

38 1.2 Waarnemingen, Oergloed Nu: WMAP, leeftijd heelal 13.7 Gyr Omdat T = K is aan Copernicaans principe (dwz homogeniteit en isotropie) zeer goed voldaan!!!

39 1.3 Conclusie: Hot Big Bang Cosmology Wat uitdijing van het heelal impliceert Heelal wordt steeds koeler Terug in tijd: heelal steeds heter Gamow, Alpher (1948): Mogelijke verklaring ontstaan He Temperatuur voor H-fusie ~10 9 K Straling van oerknal nog steeds in Heelal, nu T ~ 5K? Jaren 60: Dicke, Peebles (Princeton) gaan op zoek Gamow Alpher

40 1.3 Conclusies: Hot Big Bang Cosmology Hoe groot is het heelal: horizon Heelal heeft begin (oerknal) Licht reist met lichtsnelheid c maximale afstand waarvandaan licht ons kan bereikt (horizon): r = c t Deze straal van het zichtbare heelal neemt toe in de tijd Betekent dit in het uitdijende heelal dat we steeds meer zien?

41

42 1.3 Waarom is het s nachts dus donker? (Olbers paradox)? Als gevolg van de Hot Big Bang!

43 1.3 Conclusie: Hot Big Bang Cosmology

44 1.3 Conclusie: WMAP, babyfoto van het heelal ~13.7 Gyr oud

45

46 1.4 Op naar het standaard kosmologisch model Volgend college!!! Rekenen aan het uitdijende Heelal Inhoud van het heelal: Deeltjes baryonen : gas, sterren, stof Straling elektromagnetisch: fotonen Neutrinos Donkere materie???