De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

SRONHOVO 14-02-05 1 DONKERE MATERIE Peter Hoyng SRON UTRECHT.

Verwante presentaties


Presentatie over: "SRONHOVO 14-02-05 1 DONKERE MATERIE Peter Hoyng SRON UTRECHT."— Transcript van de presentatie:

1 SRONHOVO 14-02-05 1 DONKERE MATERIE Peter Hoyng SRON UTRECHT

2 SRONHOVO 14-02-05 2

3 3 Waaruit bestaat het heelal ? - van de ‘atomen’ is slechts 1/10 zichtbaar (0.5%) rest is donker (d.w.z. optisch donker) - donkere materie  donkere atomen ! - hoe weten we dit en wat betekent het?

4 SRONHOVO 14-02-05 4 Gewone materie electron (een van de 6 leptonen) p + n (1 tot 250) proton, neutron 6 quarks

5 SRONHOVO 14-02-05 5 4 natuurkrachten 6 leptonen 6 quarks wimps(?) (e,,..) - zwaartekracht + + + - electromagnetisme + + ? - zwakke kernkracht + + + ( radioactief verval ) - sterke kernkracht - + - (houdt p,n & kern bijeen) gewone materie donkere (‘atomen of baryonen’) materie donkere energie: eigenschap van vacuum (kosmologische constante Λ)

6 SRONHOVO 14-02-05 6 afstanden, helderheden en spectra van sterren en stelsels massa die we zien (M L ) snelheden, baanbereke- keningen, grav. lenzen,.. massa die zwaarte- kracht uitoefent (M G ) kosmologie - uitdijing - kernreacties - stelselvorming - 3K achtergrond er is donkere energie (Λ) hoeveel gewone materie er is donkere materie hoeveel gewone materie, donkere materie en energie + zoekpogingen naar DM Inhoud college

7 SRONHOVO 14-02-05 7 Hertzsprung-Russel diagram 1. massabepaling: een stukje klassieke sterrenkunde 30 000 K zon 6000 K 3000 K

8 SRONHOVO 14-02-05 8 nabije sterren: - flux = lichtkracht L / (4πD 2 ) uit gemeten helderheid + kleurcorrectie - verificatie o.a. door simulaties - veronderstel HR diagram overal geldig - parallax → afstand D - spectrum → temperatuur T - dubbelsterren → massa’s M M1 M2

9 SRONHOVO 14-02-05 9 parallax α = 1 boogsec (1/ 3600 graad) “parallax van 1 boogsec” dan D = 1 parsec (pc) (1 pc = 3.3 lichtjaar) bruikbaar tot 30 pc, paar 100 geschikte sterren Hipparcos: 10 6 sterren * * * α D *

10 SRONHOVO 14-02-05 10 verre sterren: redenering omdraaien gegeven helderheidsklasse en T: L, M, D bekend tot 10 4 pc (ons melkwegstelsel) nu kan je zichtbare M van ander stelsel schatten (M L ) p.m. afstanden stelsels: - standaard lichtbronnen (cepheiden; tot 15 Mpc) - Tully-Fisher methode (tot 200 Mpc) - redshift z

11 SRONHOVO 14-02-05 11 2. verdeling v ┴ van naburige sterren (Oort 1932) meet - ρ L (ongeveer 25 M ☼ per pc 2 ), - dikte d en f(v ┴ ) voor gegeven f(v ┴ ) wordt d kleiner als ρ G toeneemt  ρ G  50 M ☼ per pc 2 d ↨ NGC 4565 in 1989 (gevoeliger apparatuur): ρ L ↑ 50 M ☼ per pc 2

12 SRONHOVO 14-02-05 12 3. rotatiecurven spiraalstelsels - sinds 1970 ook radio: veel gevoeliger ! zwaartekracht = centrifug. kracht G M(r) m / r 2 = m v rot 2 / r v rot = const → M(r)  r → ρ  1 / r 2 mogelijk 10 - 100 x de zichtbare straal ! - ons stelsel: M G  10 x M L - wat kan het zijn? Halo met gas, bruine dwergen, oude witte dwergen, iets onbekends? M(r).

13 SRONHOVO 14-02-05 13 rotatiecurven

14 SRONHOVO 14-02-05 14 wit: sterren (optisch licht) wit: sterren (optisch licht) blauw: waterstofgas (radio straling) blauw: waterstofgas (radio straling) NGC 6946

15 SRONHOVO 14-02-05 15 4. de staaf-instabiliteit numerieke simulaties tonen aan dat - schijfstelsel → staafinstabiliteit - een min of meer sferische halo kan dit verhinderen spiralen algemeen → dus (DM) halo’s ook ? NGC 1300 M74

16 SRONHOVO 14-02-05 16 5. donkere materie in clusters (Zwicky 1933) 2R als cluster gebonden is dan: (Δv) 2 = G M G / R breedte snelheidsverdeling - M G  400 x som M L stelsels ! cluster massa ☺

17 SRONHOVO 14-02-05 17 Hercules cluster

18 SRONHOVO 14-02-05 18 6. gravitatielenzen Clusters: M G = paar 100 x Σ M L CL 0024+1654 ☺

19 SRONHOVO 14-02-05 19 Abell 2218

20 SRONHOVO 14-02-05 20 7. microlenzen LMC melkweg ster in LMC MACHO ☺ monitor veld van 10 6 sterren → 15 microlenzen in 7 jaar → helft van DM halo bestaat uit 0.5 M ☼ macho’s MACHO = massive compact halo object LMC

21 SRONHOVO 14-02-05 21 herkennen: - eenmalig en kleuronafhankelijk - karakteristiek symmetrisch profiel

22 SRONHOVO 14-02-05 22 8. grootschalige snelheidsvelden v = H 0 D + v p - v p ontstaat door inhomogeniteiten - analyse bevestigt eerder gevonden M G clusters

23 SRONHOVO 14-02-05 23 Tussenbalans 1. ρ L / ρ crit  0.005 is (onderdeel van) gewone materie 2. ρ G / ρ crit  0.3 - 1 alle materie (gewone + donkere) (ρ crit komt nog ter sprake)

24 SRONHOVO 14-02-05 24 9. uitdijing heelal v = H 0 D ρ crit = 3H 0 2 / 8πG Ω * = ρ * / ρ crit → λ0λ0λ0λ0 roodverschuiving z = (λ 0 – λ) / λ hoeveelheid (donkere) materie (Ω G ) en donkere energie (Ω Λ ) beinvloedt verloop expansie in de tijd. → λ

25 SRONHOVO 14-02-05 25 gegeven z → verlopen tijd → afstand ; vergelijk deze afstand met de gemeten afstand van standaard lichtbronnen, i.e. bronnen met bekende L (bijv. cepheiden, SN 1a, helderste lid cluster): flux = lichtkracht L / (4πD 2 ) → D Hieruit: H 0 = 72 ± 8 km/s/Mpc Ω Λ > 0

26 SRONHOVO 14-02-05 26 10. kernreacties tijdens oerknal - in den beginne iets meer materie dan antimaterie; na an- nihilatie bestaat het heelal uit p, n, e + straling (+ DM,DE) - als T < 10 9 K begint kernfusie, en is n / (n + p)  0.13 14 p op 2 n = 12 p op 1 He (want 1 He = 2p+2n) deze voorspelde He abon- dantie klopt goed met de waarnemingen

27 SRONHOVO 14-02-05 27 de (kleine) hoeveelheid D, 3 He en 7 Li hangt af van = hieruit Ω n+p = ρ n+p / ρ crit = 0.03 ± 0.015 terwijl Ω L = ρ L / ρ crit  0.005 atomen - conclusie: er zijn bijna 10 x zoveel atomen in het heelal als we zien ! - wat is het?? bruine dwergen, oude witte dwergen, koud gas, zwarte gaten,.. ?? nu dichtheid straling dichtheid n + p dichtheid straling dichtheid n + p toen ( ( ( (

28 SRONHOVO 14-02-05 28 11. vorming van stelsels - kies Ω G (0.3, voorn. CDM) Ω Λ (0.7, kosm. const.) - kies δρ van atomen en CDM δρ / ρ = (δT / T) CMB  10 -5 kubus met L = 340 Mpc - CDM → atomen: stelsel- vorming komt niet op gang; CDM is onmisbaar CDM in plak van L / 10, nú - CDM → HDM: te weinig kleine structuren

29 SRONHOVO 14-02-05 29 12. de hoekcorrelaties in de CMB ‹ δT(1) δT(2) › middelen over alle richtingen 1,2 die hoek θ insluiten gemiddelde aftrekken: δT = T - ‹ T › dan de ‘voorgronden’

30 SRONHOVO 14-02-05 30 p+e+straling (snelle golven) koudeDM (langzame golven) koude DM (langzame golven) recombinatie na 400.000 jaar, als T = 3000 K straling vertrekt in alle richtingen; T-modulatie maximaal als δT = - + - d d = v x 400.000 jaar = λ / 2 piek bij θ  0.6 0 ; uit hoogten en posities pieken volgen Ω’s v

31 SRONHOVO 14-02-05 31 p, n, e (atomen) 0.04 hiervan zien we 0.005 (Ω L ) rest: zoeken! (ijl gas, macho’s,..) DM0.23 onbekende materievorm ‘koud’ (WIMPs,..) DE0.73 kosmologische constante (quantum-zwaartekracht) ΩGΩG (Ωm)(Ωm) ΩΛΩΛ Huidige situatie n.b. gevolgen voor de kosmologie

32 SRONHOVO 14-02-05 32 12. zoeken naar gewone donkere materie NGC 6946 RDCS 1252.9-2927 CDM simulatie + macho’s

33 SRONHOVO 14-02-05 33 13. zoeken naar wimps - stel melkweghalo bestaat uit neutralino’s, het lichtste supersymmetrische deeltje, massa  50 m p (?) - 5000 wimps per m 3 ; snelheid tussen 250 en 600 km/s - neutralino voelt alleen zwakke kernkracht (+ zwaartekr.) wimp terugstoot (warmte, licht, lading) - ongeveer 1 – 10 -5 events per kg per dag; jaarlijkse en dagelijkse modulatie - nodig: zeer lage achtergrond en grote detectormassa

34 SRONHOVO 14-02-05 34 - zo’n 20 groepen aktief; bijv. CRESST in Gran Sasso


Download ppt "SRONHOVO 14-02-05 1 DONKERE MATERIE Peter Hoyng SRON UTRECHT."

Verwante presentaties


Ads door Google