Nobelpriset i fysik 2011

[Hans Bengtsson]

Yes!

Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam G. Riess.

Där har ni årets nobelpristagare i fysik.

Alla tre forskar om supernovor.


Saul Perlmutter, amerikansk medborgare. Född 1959 (52 år) i Champaign-Urbana, IL, USA.
Fil.dr 1986 vid University of California, Berkeley, CA, USA. Head of the Supernova Cosmology Project,
Professor of Astrophysics, Lawrence Berkeley National Laboratory och University of California, Berkeley, CA, USA.
http://www.physics.berkeley.edu/researc ... utter.html

Brian P. Schmidt, amerikansk och australisk medborgare. Född 1967 (44 år) i Missoula, MT, USA.
Fil.dr 1993 vid Harvard University, Cambridge, MA, USA. Head of the High-z Supernova Search Team,
Distinguished Professor, Australian National University, Weston Creek, Australien.
http://msowww.anu.edu.au/~brian/

Adam G. Riess, amerikansk medborgare. Född 1969 (42 år) i Washington, DC, USA.
Fil.dr 1996 vid Harvard University, Cambridge, MA, USA. Professor of Astronomy and Physics,
Johns Hopkins University och Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD, USA.
www.stsci.edu/~ariess/

mvh
Hans Bengtsson

[hansg]

Missat i år igen....
h-g

[Robin Andersson]

Fräckt! Kan man läsa någonstans om var det var som gjorde att de fick nobelpriset i Fysik?

mvh
Robin Andersson

[Hans Bengtsson]

Robin,
här kan du läsa om bakgrunden:


Skrivet i stjärnorna

"Somliga spår världens slut i eld, andra i is..."*

Vilket blir universums slutliga öde? Ska man tro årets Nobelpristagare så blir det förmodligen is.
De har följt några dussin stjärnutbrott, så kallade supernovor, extremt långt borta i rymden och
upptäckt att universum utvidgar sig i en allt snabbare takt. Upptäckten kom som en total överraskning
även för pristagarna själva.

Kosmologin skakades i grunden när två separata forskargrupper presenterade sina fynd 1998. Saul Perlmutter ledde den ena gruppen som startade sina observationer redan 1988. Brian Schmidt ledde en konkurrerande grupp som satte igång sina studier mot slutet av 1994, och där Adam Riess kom att spela en nyckelroll för upptäckten.

Grupperna tävlade om att kartlägga världsalltet genom att finna de mest avlägsna supernovorna. Tillsammans med sofistikerade teleskop på marken och i rymden, kraftfulla datorer och nya digitala bildsensorer (CCD, Nobelpriset i fysik 2009) öppnade supernovorna på 1990-talet möjligheten att få de kosmiska pusselbitarna på plats.

I en särskild sorts utbrott, en supernova av typ Ia, exploderar en kompakt gammal stjärna som är tung som solen men liten som jorden. En enda sådan supernova kan under några veckor överglänsa en hel galax. Sammanlagt hittade de två forskargrupperna drygt 50 avlägsna supernovor som verkade lysa svagare än väntat. Det tydde på att universums utvidgning går allt snabbare. Fallgroparna hade varit många, så när resultaten kom blev forskarna faktiskt stärkta av att båda grupperna kommit fram till samma överraskande slutsats.

Att universum utvidgar sig alltsedan big bang för nästan 14 miljarder år sedan har varit känt i årtionden. Men att utvidgningen accelereras är häpnadsväckande. Kommer accelerationen att fortsätta blir iskyla universums öde.
En okänd mörk energi tros driva på accelerationen. Vad denna mörka energi är för något är en stor gåta, kanske fysikens största i dag. Men det är känt att den mörka energin utgör tre fjärdedelar av världsalltet. Därmed har årets Nobelpristagare bidragit till att vi numera måste konfrontera ett universum som till stora delar visat sig vara helt okänt för oss. Och allt är möjligt igen.

(* Robert Frost, Fire and Ice, 1920)


HG,

Sorry att du missade på mållinjen i år igen! Ytterligare en mätning av SN2011fe, och priset hade varit ditt.

Förresten, rätt snabb nyhetsförmedling på Astronet i det här fallet, om jag får säga det själv (och det får jag ju). Ett pling i min dator på jobbet, ett mejl från KVA, och nyheten var ute på Astronet inom sisådär en minut.

mvh
Hans Bengtsson

[hansg]

"..
I en särskild sorts utbrott, en supernova av typ Ia, exploderar en kompakt gammal stjärna som är tung som solen men liten som jorden. En enda sådan supernova kan under några veckor överglänsa en hel galax. Sammanlagt hittade de två forskargrupperna drygt 50 avlägsna supernovor som verkade lysa svagare än väntat."..

Synd att de inte hört talas om fotonens trötthetssyndrom, nåväl får fila mer på teorin till nästa år
h-g

[Peter R]

Tack Hans för denna lättbegripliga och spännande sammanfattning.

/*Peter R

[Hans Bengtsson]

Innan jag får mera beröm för den texten, så vill jag nämna att den är hämtad direkt från den officiella kungörelsen!

mvh
Hans Bengtsson

[Peter R]

Tack Hans för att du hämtade hem denna lättbegripliga och spännande sammanfattning.

/*Peter R

[Lars L]

Med tanke på att universums återstående ålder kan beräknas till en googol, En googol 10 upphöjd i hundra, (år)? Är det tidigt att uttala sig om någon bestämd utveckling av vårt universum.

Tycker att Roger Penrose är den intressantaste kosmologen idag, kan varmt rekommendera hans nya bok Cycles of Time.

Penrose's conformally cyclic cosmology
Of all the cosmological models proposed in recent years, perhaps the most ingenious is Roger Penrose's conformally cyclic cosmology. Penrose elaborated this idea at length in an outstanding contribution to the 2008 collection, On Space and Time.

Penrose's cyclic cosmological model is a particular application of his conformal compactification construction, which takes any space-time, whether or not it contains singularities, and whether or not it is infinite in time or space, and constructs a finite (compactified) space-time with boundary, whose metric is related to the original metric of space-time by a locally variable scale factor Ω, called the conformal factor. This transformation preserves the causal structure of the original space-time, even if it doesn't preserve lengths and times. The boundary of the conformal compactification contains components which correspond to singularities, and components which correspond to spacelike infinity, timelike infinity, (and null infinity).

Now, in an open or flat Friedmann-Robertson-Walker cosmological model with no cosmological constant, whilst the past 'Big-Bang' singularity corresponds to a spacelike hypersurface in the boundary of the conformal compactification, the future timelike infinity corresponds to a single point. Current astronomical evidence, however, suggests that the expansion of our universe is accelerating due to the presence of a hypothetical dark-energy, which at least mimics the effect of a cosmological constant. The far future of our universe is therefore representable by de Sitter space-time, and in this type of space-time the future timelike boundary is a spacelike hypersurface. Penrose made the simple observation that the future conformal boundary of such a space-time can therefore be joined to the spacelike initial conformal boundary of a Friedmann-Robertson-Walker model to make a cyclic universe.

The fact that the universe is very small and hot at the beginning, and very large and cold in the far future, is not a problem, argues Penrose, because both the early universe and far future universe contain only conformally invariant, massless particles. Without massive particles, there is no way of defining lengths or times, hence the only physically meaningful structure is the conformal structure, i.e., the causal structure. By compressing the conformal factor towards the far future, and expanding it towards the beginning, the geometry of the future conformal boundary can be joined seamlessly to the initial conformal boundary. In other words, the conformal factor Ω must tend to zero as time t tends to ∞, to compress the infinite future into a finite conformal time, and Ω must tend to ∞ as t tends to 0, to stretch the metric as it tends towards the Big-Bang. The conformal metric then matches on the two boundary components, and the components can be identified. The Weyl curvature is zero on both the future boundary and past boundary, hence the Big Bang is still well-defined in the cyclic model as the unique hypersurface on which the Weyl curvature vanishes.

Penrose suggests that cosmic inflation doesn't occur after the Big Bang, but before it! The accelerating expansion of the universe that we currently observe, is identified as the onset of inflation. It is this inflation, proposes Penrose, that generates the scale-invariant spectrum of density perturbations in the post-Big Bang universe.

Penrose proposes that the far future of our universe contains only electromagnetic radiation and gravitational radiation. The electromagnetic radiation comes from the cosmic background radiation of the Big Bang, from stars, and from the eventual evaporation of black holes. The gravitational radiation, meanwhile, comes mostly from the coalescence of black holes. Penrose proposes that massive particles such as electrons, either annihilate with massive particles of opposite charge (positrons), or decay by some as-yet undiscovered mechanism.

The cycle of Penrose's model is one in which the universe 'begins' in a conformally invariant state, with zero Weyl curvature, but in which there is a normal derivative to the Weyl curvature. This seems to trigger the formation of massive particles. The matter then clumps together into stars and galaxies, such clumping increasing the Weyl curvature and decreasing the Ricci curvature. Eventually, much of the matter is swept into black holes, where the Weyl curvature diverges, but the Ricci curvature is zero. The matter which isn't swept into black holes decays or annihilates into radiation, and the black holes eventually evaporate themselves into radiation. The Weyl curvature thereby returns to zero, all particles are massless again, and conformal invariance resumes. Gravitational radiation, however, never thermalizes, and this appears to be responsible for the normal derivative to the Weyl curvature, which triggers the formation of massive particles in the next cycle.

Two potential problems spring to mind. Firstly, following an argument by Gibbons and Hawking, de Sitter space-time is widely believed to possess a minimum temperature due to its cosmological constant. With the value of the cosmological constant we observe, this temperature is about 10-30 Kelvin. A black hole will only evaporate if the temperature of its horizon is greater than the temperature of surrounding space. The temperature of a black hole is inversely proportional to its mass, and a black hole which grows large enough that its temperature drops below 10-30 Kelvin would never evaporate. However, such a black hole would have a mass approximately equal to the current observable universe, so the formation of such a black hole may well be impossible in a universe whose contents are diluted by the accelerating expansion of dark energy.

The second problem is that if the quantum fields in the far future of our universe can be treated as quantum fields in thermal equilibrium in de Sitter space-time, then because such a universe is eternal, quantum fluctuations ensure the spontaneous generation, at a constant rate, of anything you care to name, including massive particles and black holes. This would prevent our universe from ever reaching an exact state of conformal invariance in the far future. However, because gravitational radiation never reaches thermal equilibrium, one could perhaps argue that the quantum fields in the far future of our universe cannot be treated as quantum fields in thermal equilibrium in de Sitter space-time.

[CloudOs]

Nobelpriset i Fysik 2011

Lite kommentarer och funderingar om priset.

Priset utdelas för upptäckten utav att universums expansionshastighet ökar och har nu bekräftas med ett nobelpris i fysik 2011. Genom att studera vita dvärgsolar med en massa som vår egen sol och storlek som vår jord samt med en tvillingsol i ett omlopp kring varandra, så har man upptäckt att en vita dvärgsolen tar materia ifrån tvillingsolen vilket inte är så konstigt då gravitationen på ytan av dvärgsolen är enorm och tvillingsolen har betydligt mindre grepp på sitt egna gasmoln. Jämför jorden med månen som inte har kvar sin atmosfär. När den vita dvärg solen har tagit åt sig en massa och når 1.4 solmassor så exploderar dvärgsolen och blir till en supernova typ Ia. Detta är något som händer väldigt sällan i en galax, en eller två gånger på tusen år.

Men med hjälp att avsöka avlägsna supernovor med hjälp av en CCD laddningskopplad ljuskänslig halvledare detektor. Då man har nått en ljuskänslighet som fångar ca 70 procents av det infallande ljuset, som i jämförelse med fotografisk film som endast fångar 2 procent av det infallande ljuset så har det varit möjligt att redovisa nya resultat.

Genom att kyla ned CCD så sänker man det termiska bruset i halvledarematerialet. Man kan också genom att öppna och stänga slutaren mappar man bort bruset ifrån den verkliga bilden. Genom att använda en bildförstärkare kan man utöka känsligheten så att en enda foton kan registreras.

Genom att scanna stora områden på himlavalvet med hjälp av CCD teknik upptäckte de två teamen ungefär 50 olika supernovor av typ Ia samt att ljusemotionen var lika i alla de olika fallen så kunde man räkna ut distansen till supernovorna och bestämma den accelererande expansionen. Detta hade till följd att den förväntade avstannandet av expansionen på grund av gravitation inte stämde utan att resultatet av accelererande expansionen endast kan förklaras med en 75 % mörk energi och en 20 % mörk materia som finns närvarande någonstans i universum.

En möjlig förklaring kan vara att om man tänder ett ljus och det är det enda som finns i universum i det ögonblicket, så kommer ljuset eller riktigare, den elektromagnetiska vågen som består av fotoner som partiklar eller våg rörelse, att expandera åt alla håll som i en "ballong" som man blåser upp med ljusets hastighet från källan i centrum av ballongen. För en iakttagare som befinner sig i rörelse någonstans mellan centrum och ballongens med ljushastighetens expanderande kant, så är allt som existerar åt andra hållet, ej någonsin är möjligt att upptäcka, på grund av att ljuset inte hinner ikapp sig själv. När våg och foton-ballongen utvidgar sig skapas höjd, bredd, längd och tid i ett icke innan rumsbaserat tomrum, man kan därefter mäta tid och rymd. Detta alternativet står inte i samklang med etablerad fysik, för det finns inte någon fysisk mekanism som tillåter att den elektromagnetiska vågen skapar rumtid på det sättet. Men ändå så påstår jag att det är på det viset. På den plats iakttagaren befinner sig, skapas således ett universum som är en del av den totala " ballongen".

Man kan grovt likna vårat universum som en klyfta i en apelsin med 5 % massa.

Lite mindre grovt blir det om man undersöker den bästa kartan hittills av den kosmiska bakgrundsstrålningen, CMB det så kallade ekot av Big Bang. Med hjälp av kartan så visar universum att det inte kan vara samma strålning i alla riktningar. Man hade förväntat sig att bakgrundsstrålningen skulle vara isotrop, utan någon särskild riktning i rymden, men så var det inte.

Om man tittar på symmetri i CMB strålningen så kallas den för octopole ellerr quadrupol och det var ett märklig mönster.Man hade inte förväntat sig något mönster över huvud taget. Men det man såg var allt annat än slumpmässigt det såg ut som en fotboll. Den var octopole och quadrupol komponenter som var placerade i en rak linje över himlen, längs ett slags kosmisk ekvator. Det är ovanligt.

Totalt så finns den stora eftersökta massan i de övriga klyftorna eller fotbollarna.

20 fotbollar formar ett multiuniversum klot där den saknade mörka energin och massan finns. Så kan dessa 19 fotbollar eller 19 klyftor ses som parallella värdar till våran värld i "ballongen". Vi kan observera effekterna av den mörka energin överallt i universum genom att studera hur stjärnorna rör sig i ytterkanten av en galax eller hur galaxerna rör sig i en galax hop. I båda fallen märker vi att stjärnorna och galaxerna rör sig för fort, det vill säga vi ser att de rör sig snabbare än om de bara påverkas av gravitationen från den synliga materien. Det måste alltså finnas mörk materia som bidrar till det gravitationsfält som påverkar stjärnorna och galaxerna och det finns i samtliga "klyftor eller fotbollar".
Nu kommer det riktigt paradoxala i den här upptäckten. Gravitationens påverkan på expansionen förändras inte så mycket med tiden, utan det är gravitationens i stort sett konstanta påverkan som leder till att universums expansion accelererar. Hur går detta till? Jo, enligt Einsteins allmänna relativitetsteori är det energidensiteten, rho, och trycket, p som tillsammans utgör källan till gravitationen genom sambandet rho + 3p. I de flesta sammanhang som vi är vana vid är trycket försumbart litet jämfört med energidensiteten, men för mörk energi är p = - rho i det enklaste fallet, så trycket är inte bara negativt (däremot kan energidensiteten aldrig vara negativ) utan så negativt att rho + 3p blir negativt, och då blir gravitationen repellerande och vi får en accelererande expansion. Dessutom är det så att i det enklaste fallet, som jag visar ovan, så fylls det på med ny mörk energi i det nya rummet som bildas allt eftersom universum expanderar, så den blir aldrig ens förtunnad!
mvh.
http://www.cloudos.se Lasse Holmström

Bra länk: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2814947.stm