2. De Drie-Kelvinstraling •De inertie van de wetenschap •Waarnemingen •Planckse straling in uitdijend heelal •Een hete oerknal •Recombinatie •Nucleosynthese •Baryogenese De inertie van de wetenschap • 1964 Penzias & Wilson Nobelprijs 1974 • 1965 Dicke & Peebles • 1948 Gamov,Hermann, Alpher: 5 - 28 K! Voorspelling reststraling • 1940 McKellar: 2,3 K! Vibratietemperatuur interstellair CN, CH, CH Kosmische Achtergrondstraling Thermisch spectrum T ~ 2.726 K COBE FIRAS 1991-1995 Per polarisatierichting en gemiddeld over richting en polarisatie. De fout in de waarnemingen is veel kleiner dan de dikte van de (Planck-)kromme! Anisotropie in de temperatuur Temperatuur van de CMB (Cosmic Microwave Background) aan de hemel in kleurcode: 0 K is blauw en 4 K is rood (COBE). Het melkwegvlak loopt horizontaal en het centrum van de figuur is in de richting van het centrum van ons Melkwegstelsel. Dipoolanisotropie: T 0,00335 K Fluctuaties in de CMB-temperatuur aan de hemel op een schaal tussen 2,724 K (blauw) en 2.732 K (rood) met COBE. Temperatuurfluctuaties na aftrekken van de dipoolcomponent: van blauw naar rood T = 0,000018 K De rode band is straling van ons Melkwegstelsel. COBE Satelliet 53 GHz, 5.7 mm DIRBE: melkwegstelsel in galactische coördinaten Blauw: 1.25 ; groen: 2.2 ; rood: 3.5 Babyfoto van het heelal!!!! Na aftrek van dipoolcomponent en galactische straling van stof (termisch), heet gas (vrij-vrij), kosmische straling in magneetveld (synchrotron). Boomerang 1998 Mt. Erebus Antarctica Boomerang WMAP 2003 WMAP 2003 Planckse straling in uitdijend heelal R R dR R dv Hdr dR Hdt dt c c R R d Doppler Hubble lichtsnelheid R Afkoeling van straling in een uitdijend heelal R0 0 T 1 z R 0 T0 roodverschuiving a f T 1 z 4 (To = 2.726 K) 4 Een hete oerknal! Recombinatie Waarvandaan komt de CMB? En van hoe lang geleden? Van het oppervlak van laatste verstrooiing En van het `tijdstip van recombinatie van H t ~ enkele 100.000 jaren na de oerknal! T ~ 3000 K , 1+z ~ 1000, R/Ro ~ 0,001 Hoekverdeling van de temperatuursfluctuaties Plaats van de eerste piek bij 10: vlak heelal Relatieve hoogte van piek bij 0.50: baryon/ non-baryon 10 0.50 BOOMERANG (B98) COBE-DMR LSS: Large-scale structure Nucleosynthese I T 10 K ( kT 0,86 MeV ) : 10 neutronen en _ protonen met elkaar in evenwicht n p e e _ n e p e n e p e (mn m p )c 1, 293MeV 2 nn np e ( mn m p )c 2 / kT 0, 223 T 10 K : n/p vriest in omdat e+/e- annihileren 10 Nucleosynthese II 9 Beneden T ~ 10 K kombineren neutronen en protonen, eerst tot Deuterium en vervolgens tot Helium (~ 25 %): H H He n 2 1 H H H H 2 1 3 1 H H He n 3 2 2 1 2 1 3 1 4 2 1 1 2 1 3 2 He H He H 2 1 4 2 1 1 De ouderdom van het heelal is dan 4 minuten! Baryogenese Boven T 10 K zijn de quarks een gas van vrije deeltjes en vormen een quark-gluonplasma 13 (de zes quarks, elk in drie kleuren, de drie neutrino’s, de drie elektrisch geladen leptonen, elk van deze deeltjes met hun antideeltje, de gluonen, de vectorbosonen en de fotons, en al deze deeltjes in thermisch evenwicht met elkaar bij een temperatuur T) Daarbeneden kombineren quarks en antiquarks tot gewone materie (baryonen): p (=uud) en n (=udd). Het heelal is dan enkele microseconden oud. Quark Gluon Plasma CERN-SPS `Little Bang’ 3 GeV/fm3 kT ~ 240 MeV Expansieparameter R(t) “Straal” van het heelal 1010 3 x 109 3000 1000 7 ontkoppeling verste quasar n/p vast, helium 2,726 1 nu T(K) 1+z WMAP 2003 WMAP 2003