Współczesne poglądy na rozszerzający się Wszechświat

1. Współczesne poglądy na rozszerzający się Wszechświat Andrzej Odrzywołek Zakład Teorii Względności i Astroﬁzyki, Instytut Fizyki UJ 7 maja 2012, poniedziałek, 15:00 A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 1 / 21

2. Wszechświat, czyli wszystko. W praktyce: ciała, które możemy zaobserwować: (od najmniejszych) 1 promieniowanie, gaz, pył 2 planetoidy, planety karłowate, księżyce, planety 3 gwiazdy, gwiazdy neutronowe, układy podwójne gwiazd 4 gromady kuliste i galaktyki (skupienia gwiazd) 5 gromady galaktyk, pustki kosmologiczne 6 ? ( jednorodna „piana” ) materia, której istnienie możemy wydedukować: 1 czarne dziury, samotne planety, . . . 2 ciemna materia i ciemna energia (stała kosmologiczna) A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 2 / 21

10. Podstawy badania budowy i ewolucji Wszechświata Fundamentalne znaczenie ma umiejętność wyznaczania odległości i prędkości obiektów w kosmosie. prędkości wyznaczamy mierząc zmianę częstości (długości fali) emitowanego promieniowania zjawisko zmiany długości fali nosi nazwę efektu Dopplera dobrze „słyszalne” gdy mija nas pojazd na sygnale wykorzystują je m. in. radary policyjne oraz meteorologiczne typowo w astronomii obserwujemy światło widzialne: oddalanie się obiektu powoduje jego poczerwienienie; przybliżanie - zmianę koloru na bardziej ﬁoletowy/niebieski A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 3 / 21

13. Drabina odległości kosmologicznych 1 AU: rozmiar orbity Ziemskiej (jednostka astronomiczna) paralaksa heliocentryczna, m. in. odległość do δ − Cephei Cefeidy: zależność okres-jasność: bliskie galaktyki supernowe typu Ia: odległe galaktyki A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 4 / 21

15. Drabina odległości kosmologicznych 1 AU: rozmiar orbity Ziemskiej (jednostka astronomiczna) paralaksa heliocentryczna, m. in. odległość do δ − Cephei Cefeidy: zależność okres-jasność: bliskie galaktyki supernowe typu Ia: odległe galaktyki Zdjęcie: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage), H. Schweiker & S. Pakzad NOAO/AURA/NSF A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 4 / 21

18. Wnioski z obserwacji: gwiazdy w otoczeniu Słońca Galaktyka Słońce jest jedną z 200 mld gwiazd tworzących dyskopodobny system o średnicy 100 milionów lat świetlnych. Składa się z: płaskiego jak płyta CD dysku ramion spiralnych z poprzeczką jądra zawierającego czarną dziurę o masie 4 milionów mas Słońca sferycznego halo bardzo starych gwiazd około 150 gromad kulistych Galaktyka obraca się raz na 250 milionów lat. Z oczywistych powodów nie można pokazać zdjęcia naszej Galaktyki (Drogi Mlecznej)! Ale są miliardy innych . . . A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 5 / 21

19. Typowe galaktyki spiralne A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 6 / 21

23. Wszechświat wypełniony galaktykami ! A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 7 / 21

31. Jak poruszają się galaktyki? Prawo Hubble’a Wyniki pomiarów odległości do galaktyk (d – odległość ) oraz ich prędkości względem nas (v - prędkość) dały nastepujący wynik: v = H d, gdzie: H 75km/s/Mpc. Wszystkie galaktyki oddalają się od nas tym szybciej im dalej się znajdują! Stałą proporcjonalności nazywamy stałą Hubble’a na cześć odkrywcy. Zjawisko to określamy jako ucieczka galaktyk lub bardziej ostrożnie jako przesunięcie ku czerwieni A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 8 / 21

32. Obrazowego wytłumaczenia ucieczki galaktyk dostarczają: 1 rosnące ciasto z rodzynkami 2 nadmuchiwanie kropkowanego balona 3 mrówki na rozciąganej gumce Ścisły opis wymaga zastosowania Ogólnej Teorii Względności A. Einsteina. A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 9 / 21

35. Modele FLRW Główne wyniki obliczeń w ramach OTW Gęstość krytyczna: 3H 2 ρ0 = 6 atomów wodoru/m3 8πG prawie wszystkie rozwiązania są dynamiczne (rozszerzają się) Wszechświat powstał około T = 1/H 14 miliardów lat temu jeżeli średnia gęstość ρ jest większa niż ρ0 , to Wszechświat ma skończone rozmiary i ostatecznie zacznie się kurczyć obecnie szacuje się, że widoczna materia stanowi zaledwie 2% gęstości krytycznej powyższe oznaczałoby, że Wszechświat jest nieskończony, i będzie się rozszerzał wiecznie (ale nie wszystko widzimy!) A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 10 / 21

36. Wielki Wybuch Powstanie Wszechświata określamy terminem Wielki Wybuch, gdyż: przestrzeń jest wypełniona stygnącym promieniowaniem pozostałym po gorącym okresie skład chemiczny Wszechświata to w przybliżeniu 3/4 wodoru oraz 1/4 helu: synteza termojądrowa helu wymaga dużej temperatury (inne jądra atomowe powstały znacznie później we wnętrzu gwiazd) wszystkie obiekty w kosmosie są młodsze niż obliczony wiek Wszechświata (najstarsze gromady kuliste mają 13 mld lat) Słowo „wybuch” kojarzy się z rozlatującymi się we wszystkich kierunkach galaktykami, ale faktycznie mamy tu do czynienia z narodzinami materii i przestrzeni. A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 11 / 21

37. Mikrofalowe promieniowanie tła z dokładnością 0.1% promieniowanie jest izotropowe nasza prędkość we Wszechświecie (tzw. dipol) ﬂuktuacje po Wielkim Wybuchu A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 12 / 21

41. Typ ﬂuktuacji pozwala na ustalenie geometrii Wszechświata, a OTW jej związku gęstością materii: 1 Dla ρ < ρ0 geometria jest hiperboliczna 2 Dla ρ > ρ0 geometria jest sferyczna 3 Dla ρ = ρ0 geometria jest płaska (Euklidesowa) Analiza 5-letnich obserwacji satelity WMAP pokazała, że zachodzi trzeci przypadek! Gdzie jest brakujące 98% materii !? (Widzimy tylko 2% . . . ) A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 13 / 21

46. Supernowa (typu Ia, termojądrowa) A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 14 / 21

49. Zapłon i detonacja gwiazdy (białego karła) A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 15 / 21

50. Pozostałość po supernowej A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 16 / 21

51. Supernowe Ia (Nobel 2011) zespoły astronomów kierowane przez ubiegłorocznych Noblistów (Saul Perlmutter oraz Brian P. Schmidt i Adam G. Riess) zmierzyły bardzo dokładnie kilkaset odleglości i przesunięć ku czerwieni dla supernowych typu Ia supernowe Ia to termojądrowe eksplozje gwiazd (białych karłów) osiągające na krótki okres czasu jasność galaktyki każdy wybuch jest niemal identyczny Pyt: (na miarę Nagrody Nobla): który z trzech omawianych modeli Wszechświata jest zgodny z obserwacjami supernowych typu Ia ? Odp: Żaden! A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 17 / 21

54. Ewolucja Wszechświata A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 18 / 21

55. Stała kosmologiczna vel ciemna energia OTW wyjaśnia grawitację jako skutek zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masywne ciała normalnie, pusta czasoprzestrzeń powinna być płaska wyprowadzenie równań Einsteina dopuszcza jednak istnienie w równaniach stałej Λ o wartości różnej od zera! stała kosmologiczna Λ jest równoważna istnieniu egzotycznej formy energii wypełniającej całą przestrzeń określanej jako ciemna energia wartość Λ jest znikomo mała, ale w skali całego Wszechświata daje aż 2/3 gęstości krytycznej ρ0 ! A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 19 / 21

56. Stała kosmologiczna vel ciemna energia OTW wyjaśnia grawitację jako skutek zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masywne ciała normalnie, pusta czasoprzestrzeń powinna być płaska wyprowadzenie równań Einsteina dopuszcza jednak istnienie w równaniach stałej Λ o wartości różnej od zera! stała kosmologiczna Λ jest równoważna istnieniu egzotycznej formy energii wypełniającej całą przestrzeń określanej jako ciemna energia wartość Λ jest znikomo mała, ale w skali całego Wszechświata daje aż 2/3 gęstości krytycznej ρ0 ! Ciągle brakuje 1/3 ρ0 do „płaskości” . . . A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 19 / 21

57. Co utrzymuje w całości gromady galaktyk? galaktyki w gromadach poruszają się zbyt szybko utrzymuje je niewidoczna masa, którą wykrywamy poprzez soczewkowanie grawitacyjne A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 20 / 21

58. Co utrzymuje w całości gromady galaktyk? galaktyki w gromadach poruszają się zbyt szybko utrzymuje je niewidoczna masa, którą wykrywamy poprzez soczewkowanie grawitacyjne A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 20 / 21

59. Podsumowanie: współczesne poglądy na Wszechświat: 1 Wszechświat rozszerza się i obecnie wchodzi w fazę przyspieszoną 2 powstał w Wielkim Wybuchu około 14 miliardów lat temu 3 znana nam materia, w postaci wodoru (75%) i helu (25%) stanowi 2% zawartości Wszechświata 4 skład Wszechświata jest zdominowany przez egzotyczne składniki: ciemna energia (2/3) i ciemna materia (1/3) 5 geometria przestrzeni jest Euklidesowa (nieskończona) A. Odrzywołek (ZTWiA, IFUJ) Rozszerzający się Wszechświat NAS 7.05.2012 21 / 21

Współczesne poglądy na rozszerzający się Wszechświat

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Współczesne poglądy na rozszerzający się Wszechświat

Semelhante a Współczesne poglądy na rozszerzający się Wszechświat (20)

Współczesne poglądy na rozszerzający się Wszechświat