Dark matter in the Universe: observational evidence Dark matter in the Universe: observational evidence.

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
TRADITIONAL DANCE /TRADYCYJNY TANIEC
Advertisements

Demo.
Ciemna materia: skala klasteryzacji
Projekt Do kariery na skrzydłach – studiuj Aviation Management Projekt współfinansowany ze ś rodków Europejskiego Funduszu Społecznego. Biuro projektu:
Logiki (nie)klasyczne
J. Kacperska D. Polewski J. Kacperska D. Polewski I al.
Zestawienie wyników badań Researches summary. 1. Czy Twoi rodzice uprawiają jakieś sporty lub w inny aktywny sposób spędzają wolny czas poświęcając im.
Projekt Szkolny Socrates - Comenius NAUCZANIE TOLERANCJI
Music: Nightengale Serenade
Ćwiczenie: Dla fali o długości 500nm w próżni policzyć częstość (częstotliwość) drgań wektora E (B). GENERACJA I DETEKCJA FAL EM Fale radiowe Fale EM widzialne.
Ewolucja galaktyk Agnieszka Pollo
SHOPPING- ROBIENIE ZAKUPÓW.
Galaktyka i jej budowa.
 Primary School no 17  John Paul II, Chorzow, Poland  Made by Monika Winkler`s Project Group.
Rights of the child. Kliknij, aby edytować format tekstu konspektu Drugi poziom konspektu  Trzeci poziom konspektu Czwarty poziom konspektu  Piąty poziom.
Okres warunkowy typu 0,I,2 Okresy warunkowe występują w takich zdaniach, które mówią, co by się stało, gdyby, jeżeli. Np. Gdybym był bogaty, to bym kupił.
ŚWIATOWY DZIEŃ BEZ PAPIEROSA
Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów Problems 1 Lecture 1 1)In a vertical capillary filled with water air bubbles are rising Sketch the.
CROSSWORD: SLANG. Konkurs polega na rozwiązaniu krzyżówki. CROSSWORD: SLANG Wypełnione karty odpowiedzi prosimy składać w bibliotece CJK, lub przesyłać.
Poznawanie i modelowanie Wszechświata Marek Demiański Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytet Warszawski.
… there was someone in the past who said: „To earn million you need billion”. In my opinion, it’s true.
Zwrot going to – określa nasze plany na przyszłość lub przewidywania:
Les meilleures photos de L'année 2005 D'après NBC A life for two, full of tenderness, obtains happiness as they get closer to heaven. Życie we dwoje,
Did you know?. 1 in 8 people living in Britain live in London, 12 million people live in London - this is a major European city London is the world largest.
Krzysztof Murawski. Obserwacje sejsmiczne - Ziemia.
Krzysztof Murawski UMCS Lublin Stochastyczny efekt Dopplera.
Spin depend electron transport: AMR, GMR Lecture 2.
Paulina Kowalczyk Dominika Struzik I LO Tadeusz Kosciuszko in Wielun POLAND.
„Duck – freak” „ Kaczka Dziwaczka”.
Assessment of the impact of regular pilates exercises on static balance in healthy adult women. Preliminary report. 1 Rehabilitation Department, Division.
Jacek Dobaczewski University of Warsaw & University of Jyväskylä Pathologies of current multi-reference EDF calculations Atelier de l’Espace de Structure.
You are about to see a few sentences in Polish. Try to translate them into English, but keep in mind they are: The First Conditonal The Second Conditional.
Which of the following two restaurants do you prefer? Któr ą z tych dwóch restauracji ty by ś wybrał ?
Kompetentny ekonomista i logistyk- sukces na rynku edukacyjno – zawodowym! Człowiek – najlepsza inwestycja! Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej.
Możliwość spełnienia marzeń sprawia, że życie jest tak fascynujące Możliwość spełnienia marzeń sprawia, że życie jest tak fascynujące The ability to.
Assessment of influence of short-lasting whole-body vibration on joint position sense and body balance – a randomised masked study Rehabilitation Department,
JOB SEARCH IS A JOB Career planning is building bridges from one’s current job/career.
Od Feynmana do Google’a Rafał Demkowicz-Dobrzański,, Wydział Fizyki UW.
Przetłumacz podane w nawiasach fragmenty zdań na j. angielski.
historical entanglement Jagiellonian University 1364 Collegium Maius at the University since 1400.
FORESTS IN POLAND. THE AREA OF FORESTS IN POLAND Forests in Poland grow on 9 million hectares, which cover more than 28% of the country. The majority.
Jestem z Warszawy This project has been funded with support from the European Commission. This document reflects the views only of the authors, and the.
7 Międzynarodowa Konferencja INŻYNIERIA PRODUKCJI – r. Wrocław Piotr Garbacz INTEGRATED VISION SYSTEMS VERSUS CUSTOM SOLUTIONS FOR.
C PRZEWODNIK PO NAJCIEKAWSZYCH MIEJSCACH WROCŁAWIA - GUIDE TO THE MOST INTERESTING PLACES OF WROCLAW Cześć jestem Krzysztof. Dziś będę pokazywał Ci Najciekawsze.
Co Pan robi? Kim Pani jest? This project has been funded with support from the European Commission. This document reflects the views only of the authors,
Important holidays and festivals in Poland. The first of January New Year’s Day New Year’s Day the day of Mary the Holy Mother of God – for Catholics.
Dzień dobry! Cześć! This project has been funded with support from the European Commission. This document reflects the views only of the authors, and.
Www,mojesilnedrzewo.pl. W dniach 15 marca – 30 kwietnia 2010.r.wytwórnia wody mineralnej Żywiec Zdrój SA wspólnie z Fundacją Nasza Ziemia i Regionalną.
Objects of cultural heritage in Gościeradów Słowniczek: Heritage- dziedzictwo, dziedzictwa.
There are lots of places in Poznan where young people can spend time actively. They are mainly pitches, courts and swimming pools but also bicycle paths.
Opracowanie: Katarzyna Gagan, Anna Krawczuk
Kolizje gromad galaktyk: wskazówka na istnienie ciemnej materii
Music: Nightengale Serenade
Music: Nightengale Serenade
Forest fire protection
Fire protection in Poland and Europe
Rodzaje transportu Białka transportowe – przenoszą cząsteczki poprzez membranę wiążąc je po jednej stronie a następnie przenoszą na drugą stronę membrany.
MOWA ZALEŻNA Mowę zależną stosujemy, kiedy przekazujemy czyjąś wypowiedź pośrednio, nie cytując jej wprost.
Hydrolysis & buffers.
A prototype of distributed modelling environment
English Language Teaching Methodology for Non-Native English Language Teachers in Secondary School/Adults Education Rafał Rosiński Malta,
Running Dictation Activity to Engage Students in Reading, Writing, Listening, and Speaking.
EMPOWEREMENT IN ICT SKILLS. I CREATED MY WEBSITE TO USE IT FOR TEACHING.
Planck units "God's units"
European Insolvency Regulation
System rzymski Roman system
zl
1) What is Linux 2) Founder and mascot of linux 3) Why Torvalds created linux ? 4) System advantages and disadvantages 5) Linux distributions 6) Basic.
Cover page Change background image by right-clicking → Edit background Picture fill → From file First move the gradient mask by activating it (clicking.
SatMapping Your map from space Cover page
Zapis prezentacji:

Dark matter in the Universe: observational evidence Dark matter in the Universe: observational evidence

Dark side of the Universe Weighting of the Universe Dark matter – observations Dark energy - observations Luminous and dark sides of the Universe in today's cosmology

History of the Universe

Weighting of the Universe I. Density parameter  Friedman equation (without a cosmological constant)‏  Critical density for which k=0 (flat geometry)‏  Present value:  Density parameter:

Weighting of the Universe I. Density parameter  Friedman equation with a cosmological constant:  Leads to:

Weighting the Universe  The main problem: there is almost no possibility to measure the distance directly. In the cosmological context, almost always distance == z. –Time-redshift relation:

Weighting the Universe I. Time – redshift relation  Hubble Law:  But generally:  Which affects also luminosity, angular size etc.

Weighting the Universe Counting baryons  Stars in galaxies:  Hot gas in clusters: ~0.05  Hydra A : optyka - NASA/CXC/SAOX - La Palma/B. McNamara radio - Greg Taylor, NRAO

Observational evidence for the existence of dark matter  Rotation curves in spiral galaxies  Velocity dispersion in elliptical galaxies  Spiral galaxies made from bulge and disk are unstable as self- gravitation systems  Velocity dispersion of galaxies in clusters  Temperature distribution in clusters  Lensing of background objects on clusters  Primordial nucleosynthesis -> if DM exists, it cannot be baryonic

Observational evidence for the existence of dark matter  Other:  Large Scale Structure of the Universe: if dark matter is baryonic only (or hot), structure forms too late – we would not exist  CMBR anisotropies: standard ruler; the density of the Universe should be close to the closure density

Rotation curves of galaxies  But: stars in galaxies do not obey this law  Stars in elliptical galaxies: too high velocities  Conclusion: additional mass -> halo made of additional (dark) matter Begeman 1989 John Vickery and Jim Matthes/Adam Block/NOAO/AURA/NSF NGC 3198 –Kepler's law:

Rotation curves of galaxies

Velocities in galaxies in (regular, virialized) clusters –The nearest irregular cluster: Virgo (~18 Mpc)‏ –The nearest regular cluster: Coma (~90 Mpc)‏ |~1000 bright galaxies, 85% of early types (ellipticals) Velocity dispersion ~1000 km/s ~ escape velocity; but the cluster is relaxed M/L ~ 3-10 A Sloan Digital Sky Survey/Spitzer Space Telescope image of the Coma Cluster in ultraviolet and visible light; NASA/JPL-Caltech/GSFC/SDSSSloan Digital Sky SurveySpitzer Space TelescopeultravioletvisibleNASAJPLCaltechGSFCSDSS

Temperature distribution of hot gas in clusters Abell 2029 –Temperature distribution -> assuming the state of hydrostatic equilibriumium and a perfect hydrogen gas -> distribution of matter -> gravitational potential X-ray: NASA/CXC/UCI/A.Lewis et al. Optical: Pal.Obs. DSS –Mass/light ~ 10 T~4*10^7

Gravitational lensing on clusters Lensing Strong: large mass, close source effect: multiple image, Einstein's rings, arcs weak: effect: elongating, magnifying of an image; statistics of this effect can give us the information about the mass distribution in the lens Microlensing: brightening Abell 1689, NASA HST

IId. Gravitational lensing on clusters

Cluster of galaxies 1E (Bullet Cluster) has been created as a result of a collision of two clusters. In the image we can see hot gas (red) belonging to it and stars. Lensing of the light of distant objects from the background allows to reconstruct the mass distribution in the cluster: most mass (blue colour) is where gas and stars and least abundant X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al

Bullet Cluster

Cosmic Evolution Project (COSMOS): HST, Masey et al. 2007, Nature Weak lensing -> 3D dark matter distribution; “naked clumps” of dark matter?

Primordial nucleosynthesis  In the early phase of its existence (t~1s, T ~10^8 – 10^6) the Universe has been hot enough that the processes of nuclear fusion were possible in it. 1H -> 2H -> 3He -> 4He -> 5Li -> 6Li -> 7Li -> 8Be -> 9Be  Relative aboundances of these element depend on relative densities of protons, neutrons, electrons, neutrons and photons during the nucleosynthesis, as well as on the total baryon density.

IIe. Primordial nucleosythesis  Nucleosynthesis – the limit on the total amount of baryons: –It is in a good agreement with the observations of stars + dust + gas in galaxies and clusters. –Dark matter (from all the previously cited arguments) is ~10x more

The Large Scale Structure of the Universe –Equations of structure (continuity, Euler, Poisson) - > numerical solution cannot produce present-day structure with the “right: density of baryons –Moreover: dark matter should be “cold”, not “hot” simulations were performed at the National Center for Supercomputer Applicationsby Andrey Kravtsov (The University of Chicago) and Anatoly Klypin (New Mexico State University).National Center for Supercomputer ApplicationsAndrey KravtsovThe University of ChicagoAnatoly KlypinNew Mexico State University

Cosmic Microwave Background Radiation – z~1100 –~ years after BB –Recombination – last scattering surface –T~3000K -< T~2.7 K –Inhomogeneities (anisotropy) ~10^(-5)‏

Cosmic Microwave Background Radiation – Power spectrum –Inhomogeneities in CMB –Acoustic oscillations in the plasma (photon pressure against baryon gravity) + secondary anisotropies –Baryons' density: Omega_B~0.02

IV. Dark energy Standard candles Supernovae (Type Ia) Standard rulers Alcock-Paczynski and Ly-a. CMB acoustic peak locations. Peak of the matter spectrum Baryon oscillations Lensing cross-correlation tomography Growth & distance Number counts (e.g. clusters)‏ Weak lensing tomography Cluster CMB polarization/ISW effect

IV. Dark energy  Geometry of the Universe and the luminosity of Ia supernovae  White dwarf exceeding the Chandrasekhar mass as a standard candle

Komatsu, et al. 2005

IV. Dark energy –Alcock-Paczyński test  Basic Idea: Ratio of observed angular size to radial/redshift size varies with cosmology. Find something which is known to be isotropic (i.e. where where transverse and radial intrinsic size are the same). Fixing the ratio of the intrinsic radial and transverse distances gives a relation between the measured radial and transverse distances depending on cosmological parameters (in particular, Omega_Lambda).

IV. Dark energy –Alcocka-Paczyński test  Measurements:  1. galaxies  2. quasars  3. Lyman-alpha forest  * What one measures (simple relation between density and optical depth)‏  4.QSO pairs

IV. Dark energy –CMB anisotropies  The position of peaks depends on the cosmological model  In particular, the third peak is sensitive to the value of a cosmological constant

IV. Dark energy – baryonic oscillations (BAO)‏  Idea: acoustic peaks present in the early plasma should be “preserved” in the present-day structure but just observed on much larger scales

Borgani & Guzzo 2001 IV. LSS evolution: with and without dark energy

Summary – the dark sector of the Universe Possibilities: baryonic DM (old stars, MACHO etc.)‏ problems: Microlensing experiments nucleosynthesis Primordial black holes: allow to avoid the problem of nucleosynthesis), but they should be evaporating around now... non-baryonic DM: Hot, e.g. neutrinos (but: problems to create large scale structure)‏ Cold (WIMPs, axions, gravitons, SUSY, “shadow Universe” particles)‏ Modified gravity (but: problem with lensing on clusters)

Summary – the dark sector of the Universe Possibilities: Dark energy as a cosmological constant (“energy of vacuum” etc.); problem: most of models (quantum field theory)predicts that it should be much higher, Quintesence (a scalar field, may change in time and space); problem of coincidence: why the acceleration of the expansion of the Universe started in such a “right” moment for us? Modified gravity

Od fluktuacji do galaktyk – “hierarchiczny model powstawania wielkoskalowej struktury Wszechświata” Halo rosną i niekiedy łączą się, tworząc większe struktury. Rozwój struktur od mniejszych do większych określa się mianem modelu hierarchicznego. Model ten uznawany jest dziś za najbardziej wiarygodny model rozwoju struktury.

Od fluktuacji do galaktyk – “hierarchiczny model powstawania wielkoskalowej struktury Wszechświata” Gry formują się halo ciemnej materii, jest w nich też gaz, złożony z normalnej, znanej nam materii. Ten gaz również gromadzi się i skupia. Gdy osiągnie dostateczną gęstość, tworzą się z niego gwiazdy. Gwiazdy i otaczający je gaz formują pierwsze galaktyki.

Od fluktuacji do galaktyk – “hierarchiczny model powstawania wielkoskalowej struktury Wszechświata” Niekiedy halo ciemnej materii łączą się, tworząc większe halo. Zasiedlające je galaktyki zamieszkują wtedy w tym samym halo. Jednak nie łączą się ze sobą równie łatwo jak halo ciemnej materii, ze względu na ciśnienie gazu.

Od fluktuacji do galaktyk – “hierarchiczny model powstawania wielkoskalowej struktury Wszechświata” Z czasem halo łączą się coraz bardziej. W niektórych znajdują się galaktyki, w innych nie. W końcu także niektóre galaktyki zlewają się, tworząc większe galaktyki. Uważa się, że dzisiejsze wielkie galaktyki (M~10^12 M_sun) powstały w ten sposób.Największe dzisiejsze halo (zawierające gromady galaktyk) mają M~10^15 M_sun.

Symulacje Millenium (Springel et al. 2005)‏ 0.21 mld lat po powstaniu Wszechświata

Symulacje Millenium (Springel et al. 2005)‏ 1 mld lat po powstaniu Wszechświata

Symulacje Millenium (Springel et al. 2005)‏ 4,7 mld lat po powstaniu Wszechświata

Symulacje Millenium (Springel et al. 2005)‏ Dziś, czyli 13,5 mld lat po powstaniu Wszechświata