wyniki pomiarów sn - interpretacja w kosmologii - wstęp kilka wzorów odległość d l

86
ŚWIERK mhs 2004 1 Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii - Wstęp Kilka wzorów Odległość D L Pomiar red shiftu Dlaczego SN – kto pracuje - WYNIKI z SN Promieniowanie ` reliktowe Porównanie wyników Podsumowanie Koniec

Upload: vernon-lowery

Post on 15-Mar-2016

32 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii - Wstęp Kilka wzorów Odległość D L Pomiar red shiftu Dlaczego SN – kto pracuje -WYNIKI z SN Promieniowanie `reliktowe Porównanie wyników Podsumowanie Koniec. O czym będzie mowa - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 1

Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -

Wstęp

Kilka wzorów

Odległość DL

Pomiar red shiftu

Dlaczego SN – kto pracuje -WYNIKI z SN

Promieniowanie ` reliktowe

Porównanie wyników

Podsumowanie

Koniec

Page 2: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 2

O czym będzie mowa

Dec. 17, 1998 —  The universe is not only expanding, but that

expansion appears to be speeding up.

And as if that discovery alone weren’t strange enough, it implies

that most of the energy in the cosmos is contained in empty space —

a concept that Albert Einstein considered but discarded as his

“biggest blunder.”

The new findings have been recognized as 1998’s top scientific

breakthrough by Science magazine.

http://www.msnbc.com/news/224520.asp?cp1=1

Page 3: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Wynik z 1998 r podsumowywał 10 lecie pracy zespół Supernova Cosmology Project (LRL) który opracował metodę znajdowania licznych SN

Podobnej metody użył zespół High-Z Supernova Search Team z Mount Stromlo i Siding Spring Observatories w Australii,

Zostały znalezione SN tak odległe, że obserwowane światło było z nich wyemitowane gdy Wszechświat był bardzo młody.

Celem badań odległych SN był pomiar zmian w rozszerzaniu się Wszechświata – dla zrozumienia jego rozwoju – początków, struktury i losu.

Zakładano, że pod wpływem grawitacji Wszechświat będzie się rozszerzał coraz wolniej.

Okazało się że Wszechświat przyspiesza - rozszerza się coraz szybciej..

Page 4: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Członkowie Supernova Cosmology Project oraz High-Z Supernova Search zespołu otrzymali zgodne wyniki.

Używali dużych naziemnych teleskopów oraz HST (Hubble Space Telescope) i detektorów CCD.

Informacja o rozszerzaniu się Wszechświata pochodzi z pomiaru odległości dalekich obiektów i ich red shiftu.

Odległość gwiazdy jest mierzona poprzez pomiar jasności na Ziemi, jeżeli znana jest jej całkowita jasność.

Jest to wykonalne dla obiektów o znanej całkowitej jasności – czyli „standard candle”

Jako świec standardowych w omawianych pracach badano SN Ia (w galaktyce kilka wybuchów / 1000 lat, świecą przez kilka tygodni)

mierzono ich krzywą świetlności - zależność jasności od czasu (skala wielu dni)

Page 5: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Obserwacja Wszechświata

Podstawowym źródłem informacji jest promieniowanie elektromagnetyczne

Może być ono emitowane, pochłaniane, rozpraszane

Procesy emisji są przydatne dla zrozumienia warunków panujących w źródłach

Absorpcja pozwala na zrozumienie systemów położonych między źródłem i obserwatorem, nawet gdy nie emitują one promieniowania

Rozproszenie niesie informacje o środowiskach które emitują i absorbują promieniowanie.

może zmieniać długości fali - red (blue) shift - przesunięcie ku podczerwieni - mówi kiedy sygnał był wysłany

Page 6: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Rozwój Wszechświata

Wszechświat się powiększa i stygnie. Pomiar różnych epok, „dostęp” do danych o Wszechświecie

Promieniowanie reliktowe niesie informacje o bardzo młodym Wszechświecie, pochodzi z „last surface scattering”

W zakresie mierzonego „red shiftu” np. SN

http://www.astro.ucla.edu/~wright/BBhistory.html

CMB

3*105 lat

Red shift

60% wieku Wszechświata

Wiek Wszechświata

~13*109 lat

Page 7: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 7

Wzory, wzory....

Page 8: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 8

Równanie Friedmanna - index 0 oznacza teraz - czas obserwacji (B11/2)Zależność parametru Hubbla od czynnika a – definiuje wymiar Wszechświata w czasie t, stosunek do dzisiejszego - a/a0

H2(t) = ((1/a)( da/dt))2

= 8 m G /3+8 r G /3 –k c2/a2 + c2/3

Wkład do gęstości Wszechświata od promieniowania (r), materii (m), stałej kosmologicznej (), krzywizny (k).

r - r0 = 8 G/3 * 0r

m - m08 G/3 * 0m

k k0 =kc2 /a02

V0 =8 G/3 * 0v

H2(t) = R0*(a/a0)-4 +M0 *(a/a0)-3 +k0 *(a/a0)-2 + v0 *(a/a0)0

Wkład od materiiI promieniowania

Page 9: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 9

Dla opisu Wszechświata są używane mierzalne

a(t) z

oraz

t DL

Page 10: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Definicja gęstości krytycznej krytyczne = 3 H0 / 8 G

= / c + c2/3H02 B13/13

-1= kc2 / H02a2

zależność parametru Hubbla od z jest wielkością mierzalną - z=

r = r / kryt

m = m / kryt gęstość materii

k = kc

krzywizna czaso przestrzeni

v = cstała kosmologiczna

H(z) = H0 * sqrt( r(1+z)4 + m (1+z)3 +k (1+z)2 + V ) gdzie H(z=0) = H0 oraz:

K = 1 - (V + r0 + m0 ) , korelacja

Page 11: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 11

Pytanie

Jakie są parametry opisujące rozszerzanie się Wszechświata

Jak zmienia się promień Wszechświata w funkcji czasu

Odpowiedź

Należy wyznaczyć zależność

odległość źródła sygnału i

prędkość z jaką źródło się oddala od obserwatora

Page 12: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

http://astronomy.swin.edu.au/sao/guest/bschmidt/

z zależy od t

Jasność obserwowana zależy od

Page 13: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

http://astronomy.swin.edu.au/sao/guest/bschmidt/

m

jest funkcją z

DL

Page 14: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 14

Odległość DL

Różne definicje odległości w kosmologii:

Comoving distance B 13/6

Proper distance

Angular diameter distance B12/8-9

Proper motion distance

interesuje nas

„luminosity distance” DL

Page 15: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 15

Różne definicje odległości w kosmologii:

Interesuje nas „luminosity distance” DL

strumień maleje jak R –2 ,

F mierzony strumień

L strumień całkowity– musi być znany

definicja:

czyli DL = sqrt (L/4 F),

Page 16: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 16

Jak się mierzy odległości DL - wiedza trudna i tajemna

Pomiar bezwzględny oraz względny-

paralaksa daje pomiar bezwzględny

Różne metody - w zależności od odległości pomiary (wyniki metod) zahaczają o siebie – znajomość odległości dalekich obiektów zależy od kalibracji poprzez bliskie obiekty

Odległości w naszej Galaktyce mierzone bezpośrednio przez „primary indicators”

„secondary inicator” kalibrowane przez pomiary (tutaj SN, Tully – Fischer relation)

astro.uchicago.edu/home/web/olinto/ courses/A18200/kawai/main.html

Page 17: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Pomiar odległości - Cosmic distance ladder B14/8

SN

Page 18: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 18

Kilka definicji - jasność -B15/5 m – jasność obserwowana -niezgodna z intuicja im - większa

wartość tym bledszy obiekt, m = -2.5 log10F + C dla 2 obiektów których mierzone strumienie wynoszą F1 i F2 różnica jasność m1 – m2 = -2.5 log 10(F1/F2)

M jasność absolutna M = m –5 log10 (DL / 10 pc) z def. M=m dla odległości 10 pc

M = 4.72 – 2.5 log10(L/LO)

Wartości jasność strumień związek

rzeczywiste M L M=-2.5log10(L)+C1

obserwowane m F = L / 4 DL 2 m=-2.5log10(F)+C2

m-M= -5 log10 DL (H0 , z, M, ) +25 [DL w Mpc]

Page 20: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 20

Dla wyznaczenia M (odległe obiekty) potrzebne 2 założenia: Istnieją obiekty które mogą być używanych jako „świece standardowe” tzn. M jest stałe! właściwości tych obiektów nie zależą od odległości (czyli czasu emisji sygnału) - M dla małych z (bliskie źródła) pozostają niezmienione dla dużych z (odległe źródła).

Dodatkową komplikacją jest

Możliwości istnienia krzywizny czaso przestrzeni B14

Rozszerzania się Wszechświata co powoduje zmianę częstości strumienia światła emitowanego i obserwowanego

Page 21: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 21

Związek między odległością DL (albo m-M) z redshiftem z

Inna jest częstość emitowana, a inna obserwowana - jest to komplikacja powodowana ekspansją Wszechświata -red shiftem – który zmienia

e = o (1+z) częstość e emisji o obserwacji

Widmo obserwowane nie jest już tym które było wyemitowane – jest przesunięte ku czerwieni – szczegóły:

F(o) = L( e) / 4 D2L = (1+z) L(o (1+z)) / 4 D2

L

Poprawka związana z tym efektem - K(z) B28/10, P#5.2 K(z, e,o) = Kij(z) jest skomplikowaną funkcją F()

mi(z) = 5 log (DL(z) /Mpc) +25 +Mj + Kij(z) P#5.2

Page 22: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 22

Przesunięcie ku podczerwieni red shift z =

Dla uniknięcia konfuzji przypomnę – są 3 przyczyny red shiftu

Grawitacja

Efekt Dopplera

Kosmologia i to nas interesuje

Ciekawym i tajemnicze jest dla mnie jak się rozróżnia rodzaje (źródła) red shiftu.

Page 23: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 23

Red shift powodowany przez grawitację B7/ 7-8

Page 24: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

B 10 /5

Page 25: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

B10/5-6

z = a(t0) / a(te) – 1 = ( 0 - e ) / e –1 = e

te czas emisji t0 obecnie

a(t0) / a(te) – jest miarą wzrostu Wszechświata w czasie wędrówki światła

Page 26: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Przesuniecie ku podczerwieni z = 0 / e –1 = /Zależność z, czasu emisji te, parametru Hubbla H(t), a

1/(1+z) = a /a0

Nie relatywistyczna a/a0 = (t/t0)2/3 H0(1+z)3/2

materia

promieniowanie a/a0 = (t/t0)1/2 H0(1+z)2

Próżnia a(t)~exp(H0t) H0=sqrt(0v)

chętnie jest używana (nie relatywistyczne i nie ścisłe) v = z c

Page 27: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 27

Zakres w jakim znamy z

Najdalsza Super Nova ma z ~1.7 (z~1.7, SN1997ff).

Znane są quazary o z ~6.5

promieniowanie reliktowe pochodzi z z ~1000

jeżeli

t = 3*105 lat

t0 = 13*109 lat

dla promieniowania 1/(1+z) = a/a0 = (t/t0)1/2

Page 28: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 28

Dlaczego SN Podobieństwo wybuchów SN Ia – świece standardowe, ale

Są to obiekty kapryśne, ponieważ:

rzadkie procesy kilka / 1000 lat/ galaktykę

Nieprzewidywalne - kiedy wybuchnie?

Należy zmierzyć ich krzywą świetlności F(t)

Kto pracuje

Jaka jest „strategia” szukania SN

wyniki – będzie mowa o SN Ia

Page 29: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 29

Jak wyglądają wybuchy Super Novych

blaski i cienie :

Page 30: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 30

Cienie

Często tak wygląda wybuch SN

Page 31: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 31

Page 32: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 32

Widać wybych SN

http://astron.berkeley.edu/~jcohn/chaut/sjha_pics.html

Page 33: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 33

Piękno SN

SN 1994 D www.eso.org/~bleibund/talks/Texas_pub.ppt

Page 34: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 34

NGC5371

Page 35: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 35

Niezmiernie jasne wybuchy Supernowych - 2 typów procesów:

Typ SN Ia

Wybuch termojądrowy jądra C / O

Są to lekkie gwiazdy (m<8 m0)

W widmach nie mają linii H

Typ SN II, SN Ib, SN I c –fascynujące obiekty,

Zapadanie się grawitacyjne jądra Fe

Wybuchy ciężkich (m>8 m0) gwiazd

Pozostawiają gwiazdę neutronową lub czarną dziurę

99% energii wynoszą neutrina

Ale dzisiaj nie będzie o nich mowy...

Page 36: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 36

wybuchy SN Ia - Białe Karły i Super Nove

Czy rozumiemy dlaczego SN Ia mogą być użyte jako świece standartowe?

Tzn mieć taka sama jasnośc M.

Podobieństwo wybuchów rodziny SN Ia, mimo różnic gwiazd z których

powstają, można prawdopodobnie wytłumaczyć.

Gwiazda podobna do Słońca (tzn lekka) zużywa paliwo w okresie 5 -

10*109 lat.

Wówczas się zapada, powstaje Biały Karzeł składający się zasadniczo z

C i O.

Grawitacja jest kompensowana przez ciśnienie zdegenerowanych

elektronów.

Page 37: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 37

Biały Karzeł powoli stygnie..... Jeżeli jednak

jest blisko innej gwiazdy nadal spalającej paliwo jądrowe, a warunki są

odpowiednie (orbita, masa) strumień materii jest powoli gromadzony przez

Białęgo Karła, którego masa rośnie. (do granicy Chandrasekhara ~1.4 MO ).

Gwiazda staje się niestabilna (zapada się) i następuje wybuch termojądrowy.

Jest to wybuch SN Ia

Wydaje się że ten mechanizm powoduje zanikanie różnic związanych z

natura gwiazdy z której powstał Biały Karzeł i SN

Obserwowane krzywe świetlności oraz widma SN Ia są podobne

Page 38: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 38

http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/assets/images/2003/Sep-05-2003/PhysicsTodayArticle.pdf

Zrozumienie krzywych świetlności (zależność od czasu) SN Ia dla małych z

Page 39: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Porównanie krzywych świetlności wielu SN Ia

odległych SN

bliskich (małe z)

W układzie spoczynkowym SN

http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0104/0104382.pdf

Page 40: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 40

Opis rysunk z poprzedniego sliduu

Page 41: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 41

Dygresja o rozszerzaniu się Wszechświata – skala ~10-15 sec do

106 sec

Szerokość krzywej świetlności w dana jest przez• w=s(1+z) http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0104/0104382.pdf

• dw/dz = 1.07+-.06, czyli 18różne od

• ds/dz = 0.05+-0.05

Rozszerzanie Wszechświata mierzy

• Red shift „micro” zegarem z okresem T = 2 × 10 -15 sec

• Krzywe świetlności SN Ia zegarem „macroskopowym” z okresem rzędu 4 tygodni T ~ 2.4 × 106 sec.

Rozszerzanie się Wszechświata -1 + z -jest konsystentne z czasami

które różnią się o 21 rzędów wielkości.

Page 42: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 42

Współprace

potężne konsorcja

wykorzystujące teleskopy naziemne oraz HST

negocjujące o czas obserwacji

Page 43: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 43

Współprace

niewielkie z: red shift w zakresie 0.01 - 0.1 Calan/Tololo Supernova

Search pracująca w Cerro-Tololo Inter American Observatory znakomita

analiza krzywych świetlności 30 nowych SN,

Badania SN Ia o dużych z kontrolują 2 grupy

High-Z SN Search (tutaj jest też Australia....Harvard)

Supernova Cosmological Project (Berkeley)

http://www.astro.utoronto.ca/~lilly/CFRS/conference/layman.html

Page 44: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

High-Z SN Search (HZSNS) Cerro-Tololo Inter American

Observatory, Canada France Hawaii Telescope, HST, ESO 3.6n,

KECK, United Kingdom Infra Red telescope też na 4 200 na

Hawajach, Wisconcin Indiana Yale National Optical Astronomy

Observatory , Very Large Telescope należy do ESO jest w

północnym Chile

Supernova Cosmological Project (SCP) w Lawrence Berkeley

National Laboratory oraz Center for Particle Astrophysics Berkeley

- mierzyli SN w zakresie z>0.3

Page 45: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Jak przewidzieć i znaleźć wybuch SN

Zespół Supernova Cosmology Project

obserwował w bezksiężycowej części nieba dziesiątki tysięcy galaktyk

Powtórzenie takiej obserwacji po 3 tygodniach pokazywało na istnienie

kilkunastu jasnych obiektów – kandydatów na SN.." .

Zamawianie czasu na teleskopach/HST by mierzyć F = f(t)

Page 46: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Supernova Cosmological Project (SCP)

Strategia pomiaru i źródła informacji

http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/assets/images/2003/Sep-05-2003/PhysicsTodayArticle.pdf

Page 47: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 47

Naprawde tak to wygląda - Supernova 2004S, IAUC 8282 discovered 2004/02/03.542 by Perth Astronomical Research Group

For the year 2004, 27 supernovae have been reported (334 last year).

http://www.calsky.com/cs.cgi/Deep-Sky/9/1

http://www.rochesterastronomy.org/snimages/ brigtness

Wspaniały zbiór zdjęć SN

http://www.rochesterastronomy.org/snimages/

Page 48: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 48

Jeszcze raz Po Co?

Page 49: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 49

Podsumowanie problemu

• SN Ia mają podobną jasność bezwzględną, są doskonałymi świecami standartowymi

• Ich względna jasność mierzy odległość przebytą przez światło

• Red shift mierzy ekspansje Wszechświata

• Zależność DL (z) mówi jak ekspansja zależy od czasu

•Ta zależność jest czuła na M -

http://morgaine.mit.edu/~kburgess/www/wesleyanTalk.pdf

Page 50: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 50

WYNIKI z SN SN Ia powstaje w wyniku wybuchu termojądrowego stosunkowo

lekkiej gwiazdy (białego karła + materii). Moc wydzielana w wybuchu

pozwala na bardzo odległe obserwacje. Najdalsza obserwowana SNIa

ma z max =1.7..

przypominam: 1/(1+z) = a(t) / a(t0).

Przesunięte ku podczerwieni Światło z odległych galaktyk

(wyemitowane miliardy lat temu) niesie informację o strukturze dużo

mniejszego Wszechświata.

Page 51: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 51

WYNIK

Jeżeli rozszerzanie się Wszechświata jest spowalniane przez

grawitację SN w odległych galaktykach powinny być jaśniejsze i

wydawać się bliższe niż wynikałoby to z ich red shfitu

Ale odległe SN są bledsze i wydają się być odleglejsze niż wynika to

z ich red shiftu

Page 52: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 52

ObiekcjeJeżeli SN są bledsze niż wynika to z ich red shiftu może być to

związane z

obecnością pyłu międzygwiezdnego na drodze światła

nie zrozumiałej w tak długiej skali czasowej ewolucji SN

Kosmologii

Większe niż oczekiwane odległości mogą być (wyłącznie?) wynikiem przyspieszania rozszerzania się Wszechświata.

Page 53: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Pozostaje problem jaki wpływ na te pomiary ma krzywizna czaso przestrzeni

Bez omawiania – wyniki CMB wydają się wskazywać na to że czaso przestrzeń jest płaska (k=0)

http://snap.lbl.gov/brochure/redshift.html

Szereg wyników i analiz, wykresy podobnych wielkości zawsze

DL w funkcji z

lub M-m =f’(z)

Page 54: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Liniowość zależności Hubbla

v = H DL dla małych z

z=0.2 t=109 latWzg

lędn

a ja

sno ś

ć

Page 55: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Wykres Hubbla analiza SCP (SN Cosmological Project)

Residua w odniesieniu do „pustego” Wszechświata

http://panisse.lbl.gov/

Page 56: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Wyniki z > 0.15

Supernova Cosmology Project

High z SN Search Team

Page 57: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 57

Tonry et al. 2003

209 SNe Ia in one diagram

Page 58: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 58

Podsumowanie wyników z SN

dla różnych z

małe z <0.1 : Dla bliskich SN stała Hubbla wynosi H0 =72+- 8 km/s/Mps zależność DL od z jest liniowa.

duże z (0.3 – 1.) : Krzywe świetlności dla SN z są zgodne z ekspansją przestrzeni (są „rozciągnięte”)–

porównanie dużych i małych z: Odległe SN pokazują wolniejszą zmianę w czasie od SN Ia o małych z, zgodnie z czynnikiem 1+z

Zmierzona zależność DL od z dla SN Ia wskazuje na obecne przyspieszanie ekspansji Wszechświata, przyczyną jest prawdopodobnie istnienie odpychającej czarnej energii (stała Einsteina)

http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0309/0309739.pdf

Page 59: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 59

Promieniowanie reliktowe

http://background.uchicago.edu/~whu/beginners/introduction.html

http://background.uchicago.edu/~whu/intermediate/intermediate.html

Page 60: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Krótka historia WszechświataKIEDY

CO SIĘ DZIEJE

Big Bang CMB

Jesteśmy tutaj

Page 61: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Kilka uwag o promieniowaniu reliktowym (CMB)

Pochodzi

z bardzo odległych czasów (t em ~ 3*105 lat) – wtedy powstały atomy i Wszechświat stał się przezroczysty dla promieniowania gamma.

z ogromnego z (~1000)

Własności

rozszerzanie Wszechświata powoduje red shift - zmianę 3000 0 2.70 K ~ mm – cm (obecnie obserwowane)

fotony CMB mają rozkład odpowiadający promieniowania ciała doskonale czarnego, ale...

Page 62: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 62

problem• istnieje anizotropia T /T rzędu 10 –5 (T/T ~ 19mK)

• opis obserwacji przez l ~1/ (wielkość kątowa cieplejszego – gęstszego - obszaru)

• jak się wyznacza l i jaką niesie informacje

Page 63: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

From temperature differences to anisotropies.

http://background.uchicago.edu/~whu/physics/tour.html

l rzędu 100

rzędu 10

Page 64: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 64

W okresie rekombinacji ustala się fizyczna skala, informację o której niesie T/T w promieniowaniu reliktowym.

Wielkość kąta (l) odpowiadająca maksimum w rozkładzie l niesie informacje o krzywiźnie Wszechświata

http://morgaine.mit.edu/~kburgess/www/wesleyanTalk.pdf

Pomiar krzywizny Wszechświata

Page 65: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 65

Czego uczy struktura CMB

First peak shows the universe is close to spatially flat

Constraints on the second peak indicate substantial amounts of dark baryons

Third peak will measure the physical density of the dark matter

Damping tail provides cinsistency check

Wiedza ok. 2000r – COBE, MAXIMA, BOOMERANG

Page 66: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 66

Porównanie wyników

Stała Hubbla z różnych pomiarów

Łączne wyniki analizy i m

SN

CMB

Klustry galaktyk

Page 67: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 67

http://www-supernova.lbl.gov/

Łączne wyniki z analizy

SN

CMB

Klustry galaktyk

Wartość parametrów

m = 0.3

m

Page 68: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

podsumowanie historii rozszerzania się Wszechświata

Bardzo kształcący rysunek *) Parametry, dzisiaj

pokazuje związek między jesteśmy w punkcie

Czasem emisji te t0 = te = 0

Red shiftem z z=0

Względną jasnością identycznych (?) obiektów M=1

Czynnikiem skali a a0=1

*,

Page 69: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

jest mierzona przez red shift SN (w płaskiej geometrii)

Jesteśmy tutaj

W tym obszarze gęstość materii hamuje ekspansję

Akceleracja próżni przeważa nad hamowaniem materii

Page 70: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 70

Parametr wartość

Hubble constant H0 = 72 km . s-1 . Mpc-1

Cosmological Constant = 0.70

Matter m = 0.30

Baryonic matter b = 0.04

Dark matter CDM = 0.26 (teoria)

Curvature k = 0.00

Deceleration parameter q0 = - 0.55 (teoria)

http://nedwww.ipac.caltech.edu/level5/Sept02/Reid/Reid6.html

Page 71: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 71

podsumowanie

Podsumowanie podsumowania

Dzisiaj

W przyszłości

Gdzie jesteśmy:

Page 72: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Podsumowanie – dzisiaj 1) W ostatnich latach wybuchy SN stały się znakomitym narzędziem. pomiaru odległości pozagalaktycznych (zarówno SN II jak i SN Ia)

Precyzja pomiaru SNIa oraz ich jasność pozwoliły na pomiar rozszerzania się Wszechświata

Pomiar stałej Hubbla przy użyciu obu typów SN daje wartość ( z błędem ~ 10%) H0 = 70 km s-1 Mpc-1.

Dwa zespoły za pomocą SN Ia zmierzyły ekspansje Wszechświata w zakresie do ponad 60% jego wieku (look-back time).

Pomiar ten wskazuje na przyspieszający Wszechświat - tłumaczony przez istnienie stałej kosmologicznej (lub innej formy ciemnej energii) z równaniem stanu w = p / r = -1.

Wydaje się że niepewności systematyczne nie są dostatecznie duże by zmienić tę konkluzję.

Page 73: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Podsumowanie – przyszłość 2) DOE (Departement of Energy) ustalił listę priorytetów dla urządzeń badawczych, jakie mają być realizowane w ciągu najbliższego 20 lecia (finansowanie!)

Near-Term Priorities

• Priority: 1 ITER is an international collaboration to build the first fusion science experiment capable of producing a self-sustaining fusion reaction, called a “burning plasma.”

• Priority: 2 UltraScale Scientific Computing Capability (USSCC) located at multiple sites willincrease by a factor of 100 the computing capability available to support open (as opposed to classified) scientific

• Priority: Tie for 3 Joint Dark Energy Mission (JDEM) The Facility: JDEM is a space-based probe, developed in partnership with NASA, designed to help understand the recently discovered mysterious “dark energy” which makes up more than 70 percent of the universe, and evidently causes its accelerating expansion. „first dedicated space based tool for the study of the accelerating Universe”

Page 74: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 74

Podsumowanie 3) i ostatnie

Wszechświat w którym żyjemy

istnieje około13*109 lat,

jest Izotropowy i jednorodny przy dużych skalach

Jest płaski

rozszerza się coraz szybciej

w bardzo niewielkiej części (4%) składa się z obserwowanej materii barionowej

jest niewątpliwie fascynujący

http://nedwww.ipac.caltech.edu/level5/Sept02/Reid/Reid6.html

Page 75: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 75

koniec koniec

koniec koniec

koniec koniec

konieckoniec

Page 76: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

http://www-supernova.lbl.gov/

najlepszy fit

=0.7 M=0.3109

lat

Page 77: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L
Page 78: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0302/0302209.pdf str 10

Obecne wartości stałej Hubbla

Page 79: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

Zalezność T od parametrów

http://background.uchicago.edu/~whu/araa/node15.html

Page 80: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0302/0302209.pdf

Rozrzut pkt w WMAP

Page 81: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 81

Page 82: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

http://background.uchicago.edu/~whu/cmbex.html

Page 83: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 83

Kilka rysunków:

Czego uczy obserwacja

Acoustic peaks

Jak struktura zależy od parametrów opisujących Wszechświat ( k v m b )

Obserwacja

wynik

http://background.uchicago.edu/~whu/intermediate/intermediate.html

Page 84: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 84

B. Leibudgut

Page 85: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 85

Rozszerzanie się Wszechświata

Page 86: Wyniki Pomiarów SN - Interpretacja w Kosmologii -  Wstęp Kilka wzorów Odległość D L

ŚWIERK mhs 2004 86