Euclid. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Transkriptio

1 Euclid Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

2 Mikä aiheu.aa kiihtyvän laajenemisen Kaksi vaihtoehtoa Pimeä energia (dark energy) Painovoima käyaäytyy eri lailla hyvin suurilla etäisyyksillä Tarvitaan uusi painovoimateoria (modified gravity) joka korvaa yleisen suhteellisuusteorian

3 Miten tutkitaan Etäisyys- punasiirtymärelaago : laajenemishistoria Supernovat eivät ole täydellisiä standardikynilöitä => vaikea saada nykyistä tarkempia tuloksia niitä havaitsemalla Laajenemisen vaikutus rakenteen voimistumiseen Rakenne on pääasiassa pimeässä aineessa; näkyvä aine (galaksit) kertovat rakenteesta vain karkeasg

4 Euclid DefiniGon Study Report ESA/SRE(2011)12 July 2011

5 Euclid

6 Euclid- satellii7 Euroopan seuraava suuri kosmologiamissio päätarkoitus: pimeän energian luonteen selviaäminen täydentää Planckia universumin ymmärtämisessä Laukaisu avaruuteen vuonna 2020 laajakulmainen näkyvän valon ja lähi- infrapunan avaruusteleskooppi peili 1.2 metriä, näkökenaä 0.5 neliöasteaa kuvaa kuudessa vuodessa yli kolmanneksen taivaasta kuvaa miljardeja galakseja miaaa kymmenien miljoonien galaksien spektrin Euclid- konsorgo 14 Euroopan maata ja USA Helsingin yliopisto johtaa Suomen osallistumista Myös Turku, Jyväskylä ja Aalto osallistuvat konsorgossa yli 1000 tutkijaa, yli 20 Suomesta, yli 10 Helsingin yliopistosta

7 VIS (visible instrument) oaaa valokuvia näkyvän valon alueella kamera 576 megapikseliä erotuskyky 0.1 kaarisekunga NISP (near- infared spectrometer and photometer) miaaa spektrejä lähi- infrapuna- alueella ( nm) oaaa valokuvia kolmella eri infrapunakaistalla kamera 64 megapikseliä erotuskyky 0.3 kaarisekunga Euclidin mi.alai.eet

8 Euclidin tavoi.eet 1. Onko pimeä energia pelkkä kosmologinen vakio, vai onko se dynaaminen kenaä joka muuauu maailmankaikkeuden laajetessa? 2. Vai onko laajenemisen kiihtyminen siaenkin osoitus siitä, eaei yleinen suhteellisuusteoria kuvaa oikein painovoimaa suurimmilla etäisyyksillä 3. Pimeän aineen luonne ja ominaisuudet? 4. Minkälainen oli maailmankaikkeuden aineghentyminen alkuperäinen rakenne, se josta nykyinen rakenne on painovoiman kehiaynyt?

9 Miten tutkitaan Euclidin kaksi ensisijaista tutkimusmenetelmää 1. Etäisyys- punasiirtymärelaago : laajenemishistoria Supernovat eivät ole täydellisiä standardikynilöitä => vaikea saada nykyistä tarkempia tuloksia niitä havaitsemalla käytetään sen sijaan niin sanoaua BAO- skaalaa punasiirtymän funkgona 2. Laajenemisen vaikutus rakenteen voimistumiseen Rakenne on pääasiassa pimeässä aineessa; näkyvä aine (galaksit) kertovat rakenteesta vain karkeasg Pimeä aine voidaan havaita gravitaagolinssi- ilmiön avulla: lähempänä olevat ainekeskiaymät taiaavat niiden takaa tulevin galaksien valoa galaksit näkyvät vääristyneinä

10 Baryon Acous<c Oscilla<on scale Varhaisessa maailmankaikeudessa aine aaltoili painovoima veg aineghentymiä kasaan ne kuumenivat ja säteilypaine vastusg kasautumista seisovia aaltoja Aaltoilu loppui kun alkuplasma muuaui kaasuksi ja avaruus läpinäkyväksi vuoden iässä rakenteessa jäi voimakkaimmiksi sellaiset aallonpituudet, joilla olgin juuri aaltoilun ääriasennossa, Ghentymät olivat Gheimmillään voimakkaimpana se, jossa tämä Ghentymä saavuteiin ensimmäisen kerran Tämä ns. BAO- skaala on tänään noin 500 miljoonaa valovuoaa laajenee avaruuden mukana toimii kosmologisena standardimiaagkkuna missä kulmassa näemme sen milläkin punasiirtymällä => a(z) => a(t)

11 Sloan Digital Sky Survey

12 Galaksijakauman rakenne (BAO) Spektrometri miaaa noin 70 miljoonan galaksin punasiirtymän Tiheysvaihteluiden aaltoilu varhaisessa maailmankaikkeudessa voimisg GeAyjä etäisyysskaaloja (BAO = Baryon AcousGc OscillaGons) Tämä etäisyysskaala näkyy selväsg kosmisessa taustasäteilyssä Se voidaan havaita myös galaksien jakaumassa StandardimiAaGkku! Euclid havaitsee missä kulmassa tämä skaala näkyy milläkin punasiirtymällä (z = 2 asg) (kulma riippuu etäisyydestä) Tästä voidaan ratkaista etäisyyden ja punasiirtymän välinen relaago, ja tästä maailmankaikkeuden laajenemishistoria a(t) => pimeän energian Gheys ajan funkgona a = 1/(1+z)

13 ! Gravitaa<olinssi

14 Abell 2218: voimakas gravitaa<olinssi

15 Gravitaa<olinssi- ilmiö koskee kaikkia galakseja Useimmilla vaikutus on pieni (WL = weak lensing) MuAa kaukaisilla galakseilla kuitenkin yleensä havaiaavan suuruinen näkyvän muodon muutos Jos vain Getäisimme minkä muotoinen ko. galaksi on oikeasg! Tilastollinen menetelmä Sovitetaan jokaisen galaksin kuvaan ellipsi Oletetaan galaksien asennot satunnaisia Jos nyt samalla pienellä taivaan alueella galaksien kuvat keskimäärin pitkulaisia johonkin suuntaan, pääaelemme eaä tämä aiheutuu gravitaagolinssi- ilmiöstä

16 Hubble Ultra Deep Field

17 Shear field C. Seitz, dissertagon (1996)

18 Gravitaa<olinssi- ilmiö kartoi.aa pimeän aineen

19 E- moodi ja B- moodi aineg- hentymä harventuma van Waerbeke & Mellier 2003 tälläista ei pitäisi näkyä

20 Structure in dark ma.er HST COSMOS survey of 2 square deg

21 Bullet cluster

22 Rakenteen kasvu Riippuu sekä laajenemishistoriasta a(t), eaä painovoimateoriasta Jos oletamme yleisen suhteellisuusteorian, antaa riippumaaoman miaauksen pimeän energian ominaisuuksista Jos risgriidassa BAO- tulosten kanssa, miaaa poikkeamaa yleisestä suhteellisuusteoriasta

23 Gravitaa<oteorian modifikaa<o paljastuu BAO lensing

24 Pimeän energian <lanyhtälö w DE = w 0 + w a (a 0 - a) w DE = w p + w a (a p - a) Planck nykyinen BAO- data Ennuste Euclidin lopulliseksi tarkkuudeksi

25 Loppu