tamna materija, tamna energija i nova slika vasione
DESCRIPTION
Tamna materija, tamna energija i nova slika vasione. Milan Mijić CSULA & ADRB Kolarac, 1 7. jun 2008. Buduća svemirska misija. SNAP. Klasično pitanje:. Od Velikog praska do Velike hladnoće ili do Velikog sažimanja? Otvorena, ravna, ili zatvorena geometrija - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Tamna materija, tamna Tamna materija, tamna energija i nova slika energija i nova slika
vasionevasioneMilan MijićMilan Mijić
CSULA & ADRBCSULA & ADRB
Kolarac, 1Kolarac, 17. 7. jun 2008jun 2008
Buduća svemirska misijaBuduća svemirska misija
SNAPSNAP
Od Velikog praska do Velike hladnoće ili do Velikog sažimanja?Od Velikog praska do Velike hladnoće ili do Velikog sažimanja?
Otvorena, ravna, ili zatvorena geometrijaOtvorena, ravna, ili zatvorena geometrija
Koliko ima materije u svemiru? Šta je vrednost Omega parametra?Koliko ima materije u svemiru? Šta je vrednost Omega parametra?
Važno: naša vasiona ne odgovara ni jednom od ovih slučajeva!Važno: naša vasiona ne odgovara ni jednom od ovih slučajeva!
Klasično pitanje:Klasično pitanje:
Време
РастојањеΩΩ << 1 1
ΩΩ == 1 1
ΩΩ >> 1 1Фридман (1922)
Фридман (1924)
Ајнштајн и де Ситер (1932)
_____________ Кинетичка енергија
Ω =׀Потенцијална енергија ׀
Posmatračka evidencija za tamnu Posmatračka evidencija za tamnu materijumateriju
Vasiona?Vasiona? Tamna materija?Tamna materija?
Tamna materija je Tamna materija je prozirna materijaprozirna materija,,nešto što ne vidimo nešto što ne vidimo ali ima ali ima gravitacioni gravitacioni efekatefekat na okolinu na okolinu
Drži u orbiti zvezde i Drži u orbiti zvezde i gas na obodu gas na obodu galaksijagalaksija
Drži na okupu galaksije Drži na okupu galaksije u jatuu jatu
TAMNA MATERIJA TAMNA MATERIJA (“nedostajuća masa”)(“nedostajuća masa”)
Kako možemo da “vidimo” tamnu Kako možemo da “vidimo” tamnu materiju?materiju?
Gravitaciona interGravitaciona interaakcijakcija Gravitaciona sočiva!Gravitaciona sočiva! Ajnštajnov efekatAjnštajnov efekat
“Masa odredjuje kako se prostor krivi,Geometrija odredjuje kako se materija kreće”
VremeProstor
Svetlost Svetlost napuštanapuštazvezduzvezdu
Svetlost stižeSvetlost stižedo Zemljedo Zemlje Zvezda je
u stvari ovde
Mi vidimo zvezdu u ovompravcu!
Svetska linijaSunca
Kako možemo da “vidimo” tamnu Kako možemo da “vidimo” tamnu materiju?materiju?
MikrosočivaMikrosočiva Slučajna zvezda neko vreme postanesjajnija gledano kroz svaki filter...
... usled prolaza manje zvezde, planete ill crne crne ruperupe izmedju nas i posmatrane zvezde.(6 Ms crna rupa u ovom slučaju!)
Kako možemo da “vidimo” tamnu Kako možemo da “vidimo” tamnu materiju?materiju?
Galaksije i tamna materija između nas i dalekih galaksija efektom gravitacinog sočiva deformiše likove dalekih galaksija!
Jako gravitacino sočivo
Likovi dalekih galaksija su povećani i rastegnuti za oko 2%.
Kao i optička, gravitaciona sočiva imaju najveći efekat ako su na pola puta izmedju daleke galaksije i posmatrača
zposmatrač=0
zgalaksija
≈1
zsočivo≈0.3–0.5
Kako možemo da “vidimo” tamnu Kako možemo da “vidimo” tamnu materiju?materiju?
Slabo gravitaciono sočivoSlabo gravitaciono sočivo
Šta astronomi vide kao slabo Šta astronomi vide kao slabo gravitaciono sočivogravitaciono sočivo
Prividni prečnici i sjaj galaksija (povećanje)
Orijentacija galaksija (rotacija)
Oblik galaksija (deformacija)
Efekat slabog gravitacinog sočiva je slab i Efekat slabog gravitacinog sočiva je slab i statističke je prirode!statističke je prirode!
Original Lik kroz gravitaciono sočivo
Šta astronomi vide kao efekat slabog Šta astronomi vide kao efekat slabog gravitacionog sočiva:gravitacionog sočiva:
Poenta: suptilan, statistički efekat, zahteva posmatranje velikog broja galaksija
Projekat CosmosProjekat Cosmos Traganje zaTraganje za
slabim sočivimaslabim sočivima
sa HST u izabranomsa HST u izabranom
polju od 2 kv. st.polju od 2 kv. st.
Rastojanja galaksijaRastojanja galaksija
u polju sa velikimu polju sa velikim
teleskopima i drugimteleskopima i drugim
svemirskim teleskopimasvemirskim teleskopima
10% HST vremena10% HST vremena
u toku 2 godineu toku 2 godine
GEMS UDF
GOODS
COSMOS
ACS Parallel Survey
Zašto je neophodan Hablov svemirski Zašto je neophodan Hablov svemirski teleskop?teleskop?
•Veća tačnost u merenju oblika galaksija
• Veći površinski sjaj galaksija
Fotometriska rastojanjapreko sjaja na različitim talasnim dužinama
Projekat Cosmos: šta su našliProjekat Cosmos: šta su našli
Prva trodimenzionalnaPrva trodimenzionalna
mapa tamne materije!mapa tamne materije!
3D dark matter map3D dark matter map
z=0.5
z=0.7
z=1
z=0.3Right ascension
Dec
linat
ion
NASA, ESA and R. Massey (California Institute of Technology)
z=0
Mass reconstruction using the method of Bacon & Taylor (2003)
z=0.3
z=0.5
z=0.7
3-D 3-D raspodela tamne materije raspodela tamne materije evoluira u vremenu!evoluira u vremenu!
Tamna materija gnezdi galaksije!Tamna materija gnezdi galaksije!
Konture raspodele mase dobijenekroz efekat slabog gravitacionog sočiva (HST)
Ne-tačkasti izvori rendgenskogzračenja (XMM-Newton)
Gustina galaksija (Subaru/CFHT)
Masa zvezda u Galaksijama (Subaru/CFHT)
• Prvi put jasno vidjena trodimenzionalna raspodela “nevidljive” tamne materije
• Prvi put izmereno gravitaciono sažimanje tamne materije u toku širenja svemira.
• Prvo sistematsko uporedjenje raspodela tamne i “obične” (barionske) materije: galaksije (i zvezde i planete) se formiraju unutar koncentracija tamne materije!
Rezultati projekta Rezultati projekta COSMOSCOSMOS
Uzeti zajedno, ovi rezultati potvrdjuju teorijsku sliku
o ključnoj ulozi tamne materije u evoluciji svemira.
Šta je tamna materija?Šta je tamna materija? Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je, Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je,
Šta je? Zašto je “prozirna”?Šta je? Zašto je “prozirna”?
Prema posmatranjimaPrema posmatranjimagravitacionih efekata, gravitacionih efekata, gustina tamne materije je oko gustina tamne materije je oko
ΩΩ ≈ 0.25 - 0.3 ≈ 0.25 - 0.3..
Svemir dakle ima otvorenu geometriju i širiće se zauvek?Svemir dakle ima otvorenu geometriju i širiće se zauvek?
Šta je tamna materija?Šta je tamna materija? Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je, Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je,
Šta je? Zašto je “prozirna”?Šta je? Zašto je “prozirna”?
Hladni gas? Da, ali nema ga mnogo, i nije tako raširen.Hladni gas? Da, ali nema ga mnogo, i nije tako raširen. Vreli gas? Da, ali ga takodje nema mnogo.Vreli gas? Da, ali ga takodje nema mnogo. Patuljaste zvezde (crvene ili smeđe)? Jupiteri?Patuljaste zvezde (crvene ili smeđe)? Jupiteri? MACHO... bez zaključka, izgleda ne mnogoMACHO... bez zaključka, izgleda ne mnogo
Sve skupa, Sve skupa, prema posmatranjimaprema posmatranjima, “obične” barionske materije (sastavljene , “obične” barionske materije (sastavljene od protona i neutrona) nema više od od protona i neutrona) nema više od ΩΩ ≈ 0.02 - 0.05 ≈ 0.02 - 0.05..
Svemir dakle ima otvorenu geometriju i širiće se zauvek?Svemir dakle ima otvorenu geometriju i širiće se zauvek?Šta je “ne-barionska” tamna materija koja sačinjavaŠta je “ne-barionska” tamna materija koja sačinjava
ΩΩ ≈ 0.30 – 0.05 = 0.25? ≈ 0.30 – 0.05 = 0.25?
Šta je tamna materija?Šta je tamna materija? Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je, šta je? Zašto je “prozirna”?Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je, šta je? Zašto je “prozirna”?
Primordijalna nukleosinteza: Primordijalna nukleosinteza: Vodonik i deuteriujum, helijum i litijum su sintetisani u toku prvih ~ 1 sec do ~ 3 min evolucije Vodonik i deuteriujum, helijum i litijum su sintetisani u toku prvih ~ 1 sec do ~ 3 min evolucije svemira.svemira.(Teži elementi su sintetisani u zvezdama.)(Teži elementi su sintetisani u zvezdama.)
Količina, npr. deuterijuma zavisi od toga koliko protona i neutrona je bilo u svemiru → iz izmerene Količina, npr. deuterijuma zavisi od toga koliko protona i neutrona je bilo u svemiru → iz izmerene količine deuterijuma u sadašnjem svemiru sledi da,količine deuterijuma u sadašnjem svemiru sledi da,
Prema teorijiPrema teoriji nukleosinteze, postoji maksimalno Omega za barionsku (običnu) materiju: nukleosinteze, postoji maksimalno Omega za barionsku (običnu) materiju:
ΩΩ ≈ 0.05! ≈ 0.05!
Teorija i posmatranja se dakle slažu: mora da postoji ne-barionska tamna materija saTeorija i posmatranja se dakle slažu: mora da postoji ne-barionska tamna materija sa
ΩΩ ≈ 0.25! ≈ 0.25!
+
++
++
++
Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je, šta je? Zašto je “prozirna”?Sada kada znamo da tamna materija postoji i gde je, šta je? Zašto je “prozirna”?
Primordijalna nukleosinteza: Primordijalna nukleosinteza: Vodonik i deuteriujum, helijum i litijum su sintetisani u toku prvih ~ 1 sec do ~ 3 min evolucije Vodonik i deuteriujum, helijum i litijum su sintetisani u toku prvih ~ 1 sec do ~ 3 min evolucije svemira.svemira.(Teži elementi su sintetisani u zvezdama.)(Teži elementi su sintetisani u zvezdama.)
Količina, npr. deuterijuma zavisi od toga koliko protona i neutrona je bilo u svemiru → iz izmerene Količina, npr. deuterijuma zavisi od toga koliko protona i neutrona je bilo u svemiru → iz izmerene količine deuterijuma u sadašnjem svemiru sledi da,količine deuterijuma u sadašnjem svemiru sledi da,
Prema teorijiPrema teoriji nukleosinteze, postoji maksimalno Omega za barionsku (običnu) materiju: nukleosinteze, postoji maksimalno Omega za barionsku (običnu) materiju:
ΩΩ ≈ 0.05! ≈ 0.05!
Teorija i posmatranja se dakle slažu: mora da postoji ne-barionska tamna materija saTeorija i posmatranja se dakle slažu: mora da postoji ne-barionska tamna materija sa
ΩΩ ≈ 0.25! ≈ 0.25!
++
Sferna raspodela oko galaksija, nema disipacije i zagrevanjaSferna raspodela oko galaksija, nema disipacije i zagrevanja Ne zrači i ne absorbuje ikakvo elektromagnetno zračenjeNe zrači i ne absorbuje ikakvo elektromagnetno zračenje
Tamna materija = nove česticeTamna materija = nove čestice
Tamna materija (nebarionska) se sastoji od električki Tamna materija (nebarionska) se sastoji od električki neutralnih čestica, koje osim gravitacije interaguju neutralnih čestica, koje osim gravitacije interaguju možda samo kroz neku slabu interakciju, slabiju od možda samo kroz neku slabu interakciju, slabiju od elektromagnetne!elektromagnetne!
Ne! Da!
q+ ili q-
q+ ili q-
γ
q0
q0
X
Nema kandidata za tamnu materiju Nema kandidata za tamnu materiju među poznatim česticama!među poznatim česticama!
Neutron? Nije stabilan!Neutron? Nije stabilan! Neutrino? Suviše je lagan, tako da se ne Neutrino? Suviše je lagan, tako da se ne
gnezdi dovoljno.gnezdi dovoljno.
Najbolji kandidati: Najbolji kandidati:
Supersimetrični partneri poznatih čestica!Supersimetrični partneri poznatih čestica!
QuickTime™ and aTIFF (Uncompressed) decompressor
are needed to see this picture.
Laboratorijsko traganje za tamnom Laboratorijsko traganje za tamnom materijom!materijom!
Excl
ud
ed
b
y
Acc
ele
rato
rs LH
C
ILC
TeV
25 kg of Ge (Xe, I, W) (100 kg Ar, 200 kg Ne)
1000 kg of Ge
Excluded by
Direct
Detection
Teorijski modelipredvidjaju zakonultra slabe interakcijeizmedju tamne iobične materije!
Eksperimenti tragajuza efektima teinterakcije!
Prognoza:Prognoza:
Za 1-5 godina mi ćemo saznati od kakvih se Za 1-5 godina mi ćemo saznati od kakvih se čestica sastoji tamna materija!čestica sastoji tamna materija!
Najverovatniji metod otkrića:Najverovatniji metod otkrića:LHC LHC (Velika mašina za hadronske sudare), počinje sa radom 2008.(Velika mašina za hadronske sudare), počinje sa radom 2008.
GLAST GLAST (novi NASA satelit sa teleskopom za gama zračenje), lansiran (novi NASA satelit sa teleskopom za gama zračenje), lansiran 11. juna 2008! 11. juna 2008!
Laboratorijski eksperimenti Laboratorijski eksperimenti sa Germanijumom (već u toku)sa Germanijumom (već u toku)
Koliko u stvari ima tamne materKoliko u stvari ima tamne materiije? je? DaDa li zatvara svemili zatvara svemirr??
Do sada znamo...Do sada znamo... Obična, barionska materija Obična, barionska materija ΩΩ ≈ 0.05 ≈ 0.05 Tamna, nebarionska materija Tamna, nebarionska materija ΩΩ ≈ 0.25 ≈ 0.25 Ukupno Ukupno ΩΩ ≈ 0.30 ≈ 0.30 što znači da će se svemir širiti sve sporije, ali bez kraja.što znači da će se svemir širiti sve sporije, ali bez kraja.
Teorijski model inflacione kosmologije Teorijski model inflacione kosmologije ΩΩ = 1 !!! = 1 !!!Šta je onda “ostatak” Šta je onda “ostatak” ΩΩ ≈ 0.7 ≈ 0.7
Rešimo to jednom za svagda!Rešimo to jednom za svagda! Projekat posmatranja Supernovih na velikim rastojanjima i merenjProjekat posmatranja Supernovih na velikim rastojanjima i merenjaa kako njihov sjaj kako njihov sjaj
zavisi od rastojanja: SCP i HZT.zavisi od rastojanja: SCP i HZT. http://http://AstroMm.calstatela.eduAstroMm.calstatela.edu
Ta zavisnost je određena sa Ta zavisnost je određena sa o ukupnom količinom “materije” u svemiru, ukupnom količinom “materije” u svemiru, o ““vrstom” te materijevrstom” te materije
MyUniverseMyUniverse
ZaključakZaključak
Nova slika svemira...Nova slika svemira...
Barionska materija
Tamna materija
TAMNAENERGIJA
Tamna energija:0.73
Tamna materija(hladna): 0.23
Oblaci vodonika iheliuma: 0.04
Zvezde: 0.004
Masivni neutrini (toplatamna materija): 0.003
Sadržaj naše Vasione
Tamna energija: “fluid” sa anti-gravitacionim svojstvima.Kosmološka konstanta, striktno pritisak = (-) gustina, bez promene u vremenu; ili,Fluid sa pritiskom ~ (-) gustina, ali sa koeficijentom ne tačno jednakim jedinici; ili,Vakumska energija koja se sporo menja sa vremenom.
96% sadržaja svemiranam je potpuno nepoznato,osim što po gravitacionimefektima znamo da je “tu”!
Ω parametri
Vasiona se širi ubrzano,bez kraja.
Ω=1, Ωm=0,3, ΩΛ=0,7
Izvori animacija:
Dr. Jason Rhodes (JPL): COSMOS, SNAP i opis slabog gravitacionog sočiva
Dr. Richard Schnee (Syracuse)Laboratorijsko traganje za tamnom materijom
MyUniverse: http://sci-vi.calstatela.edu