Kaikkeudesta Syksy Rsnen Helsingin yliopisto fysiikan laitos ja

Kaikkeudesta Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 www. helsinki. fi/yliopisto 1

Päämääriä • Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena. • Kehitys, ainesisältö, rakenteet, laajeneminen. • Maailmankaikkeuden sisältämät kappaleet kiinnostavat vain sen kautta, mitä ne kertovat kokonaisuudesta. Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 2

Keinoja • Yleinen suhteellisuusteoria kertoo, miten aikaavaruus käyttäytyy, kun siinä on tietynlaista ainetta. • Kosmologiassa tarvitaan hiukkasfysiikkaa, ydinfysiikkaa, atomifysiikkaa, statistista fysiikkaa, . . . • Läheinen suhde hiukkasfysiikkaan ja tähtitieteeseen. Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 3

Lapsuus • 1915: Yleinen suhteellisuusteoria löydetään • 1917 -1922: Ensimmäiset kosmologiset mallit esitetään • 1924: Muiden galaksien olemassaolo todetaan • 1927 -1929: Maailmankaikkeuden laajeneminen havaitaan Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 4

Murrosikä • Kosmologiassa on tapahtunut viimeisen 20 vuoden aikana tapahtunut suurin murros sitten 1920 -luvun. • Edistys on tullut havainnoista. • Havaintojen määrä ja tarkkuus on kasvanut siinä määrin, että puhutaan täsmäkosmologiasta. Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 5

Kosmologian aikakaudet t (∝ E-2) T Tapahtuma 14 Gyr 1 K tänään 10 Gyr 400 Myr 400 000 yr 50 000 yr 3 -30 min 1 K 1000 K 104 K 109 K laajeneminen kiihtyy reionisaatio ensimmäiset rakenteet valo ja aine eroavat materia saa säteilyn kiinni Big Bang Nucleosynthesis 10 -5 s 10 -11 s 1012 K 1015 K QCD-faasitransitio (? ) sähköheikko faasitransitio (? ) 10 -13… 10 -36 s 10 -13… 10 -42 s 107… 1020 K 1016… 1029 K 1016… 1032 K baryogeneesi? inflaatio? kvanttigravitaatio? 6

COBE 1992 http: //map. gsfc. nasa. gov/ Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 www. helsinki. fi/yliopisto 7

WMAP 2003 http: //map. gsfc. nasa. gov/ Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 www. helsinki. fi/yliopisto 8

Planck 2013 http: //sci. esa. int/science-e/www/object/index. cfm? fobjectid =47333 Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 www. helsinki. fi/yliopisto 9

Suuren mittakaavan rakenne ar. Xiv: astro-ph/0604561, Nature 440: 1137. 2006 Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 www. helsinki. fi/yliopisto 10

Euclid • ESA päätti Euclid-satelliitin toteuttamisesta kesäkuussa 2012. • Taivaalle 2019. • Kartoittaa puolet taivaasta. • Fysiikan laitos mukana. Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 11

Tyypin Ia supernovat Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 12

Fysiikan Nobel-palkinto 2011 • “maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen löytämisestä kaukaisten supernovien havaintojen kautta” Saul Perlmutter Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 Brian P. Schmidt Adam G. Riess 13

Kiihtyvä laajeneminen • Havaintojen mukaan etäisyydet ovat odotettua pidempiä ja laajenemisnopeus on suurempi, noin tekijällä 2. • Kolme mahdollista selitystä: 1. Pimeä energia (on ainetta, jonka paine on negatiivinen) 2. Muokattu gravitaatio (yleinen suhteellisuusteoria ei päde) 3. Rakenteiden vaikutus (yleisen suhteellisuusteorian epälineaariset efektit ovat merkittäviä) Masterclass-luento, Helsingin yliopisto, 4. 3. 2013 14