1 / 94

Pomiary w kosmologii Wstęp Kilka wzorów Odległość D L Pomiar red shiftu

Pomiary 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

morrison
Télécharger la présentation

Pomiary w kosmologii Wstęp Kilka wzorów Odległość D L Pomiar red shiftu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Pomiary w kosmologii Wstęp Kilka wzorów Odległość DL Pomiar red shiftu Dlaczego SN – kto pracuje -WYNIKI z SN Promieniowanie ` reliktowe Porównanie wyników Podsumowanie Koniec mhs Hoża luty 2004

  2. Oczym 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 mhs Hoża luty 2004

  3. 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..

  4. 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.charge • 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)

  5. 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.

  6. Rozwój Wszechświata • „Dostęp” do danych o Wszechświecie • Wszechświat się powiększa i stygnie • Poczynając od „last surface scattering” CMB • W zakresie mierzonego „red shiftu” np. SN • http://www.astro.ucla.edu/~wright/BBhistory.html CMB 3*105 lat Wiek Wszechświata ~13*109 lat Red shift 60% wieku Wszechświata

  7. Wzory, wzory.... mhs Hoża luty 2004

  8. Równanie Friedmanna - index 0 oznacza teraz - czas obserwacji (B11/2) Zależność parametru Hubbla od czynnika a H2(t) = ((1/a)( da/dt))2 = 8 p rm G /3+8 p rr G /3 –k c2/a2 + Lc2/3 relatywistyczny - Wr0 = 8 p G/3 * r0r nie relatywistyczne - Wm0 = 8 p G/3 * r0m od krzywizny przestrzeni Wk0 = -kc2 /a02 od stałej kosmologicznej L WV0 =8 p G/3 * r0v H2(t) = WR0*(a/a0)-4 + WM0 *(a/a0)-3 + Wk0 *(a/a0)-2 + Wv0 *(a/a0)0 Wkład od materii I promieniowania mhs Hoża luty 2004

  9. Dla badań Kosmosu może dobrze jest używać a(t) z oraz t DL Są mierzalne mhs Hoża luty 2004

  10. Definicja gęstości krytycznejrkrytyczne = 3 H0 / 8 p G W= r / rc + Lc2/3H02 B13/13 W -1= kc2 / H02a2 zależność parametru Hubbla od z jest wielkością mierzalną- z=Dl/l • r = r r / rkryt • m = r m / rkryt gęstość materii Wk = -kc2 / H02 • v = -Lc2 / 3H02 stała kosmologiczna H(z) = H0 * sqrt( Wr(1+z)4 + Wm (1+z)3 +Wk (1+z)2 + WV ) gdzie H(z=0) = H0 oraz: WK = 1 - (WV + Wr0 + Wm0 )

  11. Odległość DL • Różne definicje odległości w kosmologii: • Comoving distance B 13/6 • Proper distance „luminosity distance” DL • Angular diameter distance B12/8-9 • Proper motion distance mhs Hoża luty 2004

  12. Różne definicje odległości w kosmologii: • Interesuje nas „luminosity distance” DL • definicja: • DL = sqrt (L/4pF), • F mierzony strumień • L strumień całkowity– musi być znane mhs Hoża luty 2004

  13. Jak się mierzy odległości DL-wiedza trudna i tajemna • Pomiar bezwzględny oraz względny- • 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) • paralaksa daje pomiar bezwzględny • astro.uchicago.edu/home/web/olinto/ courses/A18200/kawai/main.html mhs Hoża luty 2004

  14. Pomiar odległości - Cosmic distance ladderB14/8

  15. Kilka definicji B15/5 Wartości jasność strumień związek rzeczywiste M L M=-2.5log10(L)+C1 obserwowane m F m=-2.5log10(F)+C2 F = L / 4 p DL 2 Zmienna m niezgodna z intuicja im - większa wartość tym bledszy obiekt M = m –5 log10 (DL / 10 pc) M=m dla odległości 10 pc M = 4.72 – 2.5 log10(L/LO) dla 2 obiektów których mierzone strumienie wynoszą F1 i F2 różnica jasność m1 – m2 = -2.5 log 10(F1/F2) m-M= -5 log10 DL (H0 , z, WM, WL) +25 [DL w Mpc] mhs Hoża luty 2004

  16. m-M= -5 log10 DL (H0 , z, WM, WL) +25 Jeżeli znane jest • M • DL • z • m Wx=1-Wmr ~a-3(1+w) w = P/(rc2) http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0309/0309739.pdfstr 23. • Można wyznaczyć • H0 , • WM, • WL mhs Hoża luty 2004

  17. Dla wyznaczenia M należy zrobić 2 założenia: • Istnieją obiekty które mogą być używanych jako świece standardowe tzn. M jest znane • właściwości tych obiektów nie zależą od odległości (czasu w którym był wyemitowany sygnał) - wyznaczone dla małych z (bliskich źródeł) pozostają niezmienione dla dużych z (odległych źródeł). • Dodatkową komplikacją jest • Możliwości istnienia krzywizny czaso przestrzeni B14 • Rozszerzania się Wszechświata mhs Hoża luty 2004

  18. Związek między odległością DL (albo m-M) z redshiftem z • Wracam do M:komplikacja ze zmianą n • Ekspansja Wszechświata powoduje red shift • n e = no (1+z)nczęstość e emisja oobserwacja • Widmo obserwowane nie jest już tym które było wyemitowane – jest przesunięte ku czerwieni • F(no) = L(ne) / 4 p D2L = (1+z) L(no (1+z)) / 4 p D2L • Poprawka związana z tym efektem - K(z)B28/10, P#5.2 • K(z, ne,no) = Kij(z) jest skomplikowaną funkcją F(n) • mi(z) = 5 log (DL(z) /Mpc) +25 +Mj + Kij(z) P#5.2 mhs Hoża luty 2004

  19. Przesunięcie ku podczerwieni red shiftuz = Dl/l mhs Hoża luty 2004

  20. B10/5-6 z = a(t0) / a(te) – 1 = (l0 - le ) / le –1 = Dl/ le te czas emisji t0 obecnie

  21. Pomiar red shiftu B10/5-6 B10

  22. Przesuniecie ku podczerwieni z = l0 / le –1 = Dl/l 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(W0v) chętnie jest używana (nie relatywistyczne) v = z c

  23. Dlaczego SN • Podobieństwo wybuchów SN Ia – świece standartowe • Kto pracuje • Jaka jest „strategia” szukania SN • wyniki – będzie mowa o SNIa mhs Hoża luty 2004

  24. Białe Karły i Super Nove • Czy rozumiemy dlaczego SN Ia mogą być użyte jako świece standartowe? • 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. mhs Hoża luty 2004

  25. 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 mhs Hoża luty 2004

  26. Zrozumienie krzywych świetlności (zależność od czasu) SN Ia dla małych z http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/assets/images/2003/Sep-05-2003/PhysicsTodayArticle.pdf

  27. 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 mhs Hoża luty 2004

  28. Opis rysunk z poprzedniego sliduu mhs Hoża luty 2004

  29. 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 18s różne od 0 • 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. mhs Hoża luty 2004

  30. Współprace • potężne konsorcja • wykorzystujące teleskopy naziemne oraz HST • negocjujące o czas obserwacji mhs Hoża luty 2004

  31. Kto pracuje - Współprace • Calan/Tololo Supernova Search pracująca w Cerro-Tololo Inter American Observatory red shift w zakresie 0.01 - 0.1 znakomita analiza krzywych świetlności 30 nowych SN, • 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

  32. Supernova Cosmological Project (SCP) w Lawrence Berkeley National Laboratory oraz Center for Particle Astrophysics Berkeley - mierzyli SN w zakresie z>0.3 • CFRS (Canada France Red Shift Survey) katalog zawiera 948 objetów.(10* wiecej niż dotychczasowy zbiór przy tej głebokości): 201 to blade gwiazdy w Mlecznej Drodze, 6 są quazarami, 591 odległe galaktyki: 0.01 < z < 1.3 (średnia z = 0.56) , 146 to galaktyki tak blade że pomiar z jest niewykonalny. 320 z CFRS galaktyk ma z > 0.6, co odpowiada 1/3 – 1/2 wiekowu Wszechświata. • Canada France Hawaii Telescope (CFHT) • 3.6 m teleskop na Hawajach (4 200 m) mhs Hoża luty 2004

  33. 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 • 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.." .

  34. Supernova Cosmological Project (SCP) Strategia pomiaru i źródła informacji http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/assets/images/2003/Sep-05-2003/PhysicsTodayArticle.pdf

  35. 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.. • Światło z odległych galaktyk (miliardy lat) niesie informację o strukturze dużo mniejszego Wszechświata. mhs Hoża luty 2004

  36. 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 mhs Hoża luty 2004

  37. Obiekcje • Jeżeli 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. mhs Hoża luty 2004

  38. Pozostaje problem jaki wpływ na te pomiary ma krzywizna czaso przestrzeni • Bez omawiania – wyniki CMB wydają się wskazywać na to że czaso przestrzen jest płaska (k=0) • http://snap.lbl.gov/brochure/redshift.html • Szereg wyników i analiz, zawsze • DL w funkcji z • lub M-m =f’(z)

  39. Liniowość zależności Hybbla v = H DL dla małych z Względna jasność z=0.2 t=109 lat

  40. Wykres Hubbla analiza SCP (SN Cosmological Project) Residua w odniesieniu do pustego Wszechświata http://panisse.lbl.gov/

  41. http://www-supernova.lbl.gov/ najlepszy fit WL=0.7WM=0.3 109 lat

  42. Rozszerzanie się Wszechświata mhs Hoża luty 2004

  43. B. Leibudgut mhs Hoża luty 2004

  44. Wyniki z > 0.15 Supernova Cosmology Project High z SN Search Team

  45. Podsumowanie wyników z SN • Dla bliskich SN (o małych z) stała Hubbla wynosi H0 =72+- 8 km/s/Mps zależność DL od z jest liniowa. • Krzywe świetlności dla SN z dużymi z (0.3 – 1.) są zgodne z ekspansją przestrzeni (są „rozciągnięte”)– • 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, przyczyna jest prawdopodobnie istnienie odpychającej czarnej energii (stała Einsteina) • http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0309/0309739.pdf mhs Hoża luty 2004

  46. Promieniowanie reliktowe http://background.uchicago.edu/~whu/beginners/introduction.html http://background.uchicago.edu/~whu/intermediate/intermediate.html mhs Hoża luty 2004

  47. Kilka uwag o promieniowaniu reliktowym (CMB) • Pochodzi z bardzo odległych czasów (t em ~ 300 000 lat) • Pochodzi z ogromnego z (~1000) • rozszerzanie Wszechświata powoduje red shift - zmianę l ~ mm – cm 3000 0 30 K • D T /T rzędu 10 –5 (DT/T ~ 19mK)opis obserwacji przez l ~1/Q

More Related