Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO
description
Transcript of Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO
![Page 1: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/1.jpg)
Mørke klumper i universet
Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO
![Page 2: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/2.jpg)
Kosmisk bakgrunnsstråling(WMAP), kombinert med andre datasett
Universet er dominert av
mørk materie og mørk energi
![Page 3: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/3.jpg)
Galaksehoper: Universets ”storbyer”
![Page 4: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/4.jpg)
Lysende materie (“Supermann-versjon”): Røntgenstråling fra varm gass i Coma-hopen
![Page 5: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/5.jpg)
Mørk materie i galaksehop (simulering)
![Page 6: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/6.jpg)
Mørk materie(Koordinatsystemet følger med universets ekspansjon)
![Page 7: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/7.jpg)
Coma-hopen (Abell 1656)
Galaksene er bare toppen av isfjellet…
![Page 8: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/8.jpg)
Ingredienser i en galaksehop:
Stjerner 1-2% ”baryonisk”
Varm gass (T~108 K) ca.15% “baryonisk”
Mørk materie ca. 85% “ikke-baryonisk”
(blandingsforholdet mellom baryonisk/ikke-baryonisk materie er også representativt for resten av universet)
Mesteparten av vanlig materie er i form av varm gass (plasma) som sender ut røntgenstråling
![Page 9: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/9.jpg)
Finnes virkelig mørk materie?
Mørk materie påvises indirekte gjenom effekten den har på synlige objekter (f.eks. stjerner, galakser) Dersom gravitasjonsloven virker annerledes på store avstander enn vi tror, kan slike observasjoner kanskje forklares uten mørk materie ?!
• MOND (=Modified Newtonian Dynamics, Milgrom)• TeVeS (Bekenstein)• MOG (Modified gravity, J. Moffat)
Kan vi skille mellom mørk materie og modifisert tyngdekraft?
![Page 10: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/10.jpg)
Finnes virkelig mørk materie?
Problem: Klumper med mørk materie inneholder vanligvis også lysende materie, som er fordelt (omtrent) på samme måte.
•Finnes det mørke klumper uten lysende materie? •Hvordan kan disse i tilfelle påvises?
![Page 11: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/11.jpg)
GravitasjonslinsingForstørrelse og forvrengning av fjerne galakser
Galaksehopen Abell 2218 (HST WFPC2)
![Page 12: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/12.jpg)
Oppdagelse av gravitasjonslinsing fra galaksehoper (Lynds & Petrosian, Soucail)
1986/87
HST WFPC2
Store mengder mørk materie i galaksehoper !
![Page 13: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/13.jpg)
Sterk og svak gravitasjonslinsing (simulering med usynlig, symmetrisk linse)
![Page 14: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/14.jpg)
A2554
ESOWFI R-band(~32'field)
![Page 15: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/15.jpg)
A2554
A2554 (z=0.11)
Aqr CC32 (z=0.16)
A2550 (z=0.12)
![Page 16: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/16.jpg)
MASSE
![Page 17: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/17.jpg)
“Mørk hop”-kandidater fra svak gravitasjonslinsing
Abell 1942: Erben et al. (2000)
Abell 1722: Dahle et al. (2003)
Problemer: plausibel fysisk forklaring, støy
![Page 18: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/18.jpg)
Kollisjon mellom to galaksehoper
![Page 19: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/19.jpg)
1E0657-56 ”Bullet cluster”
![Page 20: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/20.jpg)
“Bullet cluster”: Kollisjon mellom to massive galaksehoper
Avstand fra jorda: 3.4 milliarder lysår
Masseforhold mellom klumpene: 4:1 (hopen som danner “kula” er den minst massive)
Kollisjon ca.100 millioner år siden, relativ hastighet 4700 km/s (supersonisk i gassen)
Hopene beveger seg normalt på synslinjen i himmelplanet (relativ radialhastighet ~600 km/s), skarp sjokkfront
“Kula” er denne sjokkfronten
![Page 21: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/21.jpg)
1E0657-56 ”Bullet cluster”
![Page 22: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/22.jpg)
Mørk materie i 1E0657-56
Clowe et al., astro-ph/0608407 (måling av svak gravitasjonslinsing med data fra
HST, 6.5m Magellan + måling av røntgengass fra Chandra-satellitten)
For standard gravitasjon, gir dette massekartet et direkte bilde av den lokale massetettheten
For alternative gravitasjonsmodeller er verdiene i massekartet ikke direkte proporsjonale med massen (“glattet bilde”)
Posisjonen til massekonsentrasjonene burde likevel være den samme!
Massekartet viser massekonsentrasjoner klart adskilt fra sine tilhørende gass-klumper, med høy signifikans!
![Page 23: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/23.jpg)
Critical curves and multiple images
![Page 24: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/24.jpg)
Angus et al: MOND + nøytrinoer (HDM)astro-ph/0609125 (tvilsomme greier…)
![Page 25: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/25.jpg)
Hva er så mørk materie?
Partiklene må være:
- nøytrale
- tunge (~ GeV), → “kald” mørk materie (CDM) , eller…
- middels tunge (~ keV), → “lunken” mørk materie (WDM).
- stabile (over universets alder)
WIMPs = Weakly Interacting Massive Particles (CDM)
Noen kandidater for mørk materie kan gi opphav til røntgenstråling (eks: sterile nøytrinoer = WDM, aksioner = CDM)
eller gammastråling (eks: supersymmetriske nøytralinoer = CDM), men bare på bestemte bølgelengder (gir emisjonslinjer i spekteret)
![Page 26: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/26.jpg)
Sterile nøytrinoer som “Warm Dark Matter”
Fra minimal utvidelse (standardmodellen + 3 sterile nøytrinoer) av standard- modellen i partikkelfysikk, “MSM”
- kan gi løsning til flere problemer innen partikkelfysikk
- forklarer masseverdiene til aktive nøytrinoer (Asaka et al. 2005)
- forklarer mengde mørk materie (Dodelson & Widrow 1994)
- mulig løsning til problemer med kald mørk materie (på små skalaer)
- falsifiserbart!
s -> +
Henfall av ~keV partikler -> linje-emisjon av røntgenstråling, E = ms/2
-> Se etter klumper av mørk materie med lavt baryoninnhold
(Hansen et al. 2002)
![Page 27: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/27.jpg)
Kan testes med gravitasjonslinsemålinger med
Nordisk Optisk Teleskop og UH2.2m
![Page 28: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/28.jpg)
Abell 520: kollisjon i Orion
(2.24m University of Hawaii Telescope; eksponeringstid: 6 timer)
![Page 29: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/29.jpg)
Røntgenstråling (rødt/blått) og mørk materie (grønne konturer) i Abell 520
”Dark matter blob”(Ingen detekterbar linje-emisjon
-> ”vinduet” snevres inn)
![Page 30: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/30.jpg)
Øvre grense for henfallsraten til sterile nøytrinoer ”vinduet” snevres inn…
![Page 31: Mørke klumper i universet Håkon Dahle Institutt for Teoretisk Astrofysikk, UiO](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081417/56814878550346895db5814f/html5/thumbnails/31.jpg)
Konklusjoner.
Galaksehoper er nøkkelobjekter for å forstå universets utvikling, mørk materie og mørk energi.
Mørk materie finnes virkelig!
- mange partikkel-kandidater er fortsatt aktuelle, men vinduet er i ferd med å snevres inn for flere av dem (sterile nøytrinoer, aksioner)
- sannsynligvis kan vi snart ekskludere flere kandidater, og kanskje detektere mørk materie direkte gjennom eksperimenter på jorden