ZGODOVINA VESOLJA

1. ZGODOVINA VESOLJA Stane Arh »Operacijo delno financira Evropska unija iz Evropskega socialnega sklada ter Ministrstvo za izobraževanje, znanost, kulturo in šport. Operacija se izvaja v okviru Operativnega programa razvoja človeških virov za obdobje 2007–2013, razvojne prioritete: Razvoj človeških virov in vseživljenjskegaučenja; prednostne usmeritve: Izboljšanje usposobljenosti posameznika za delo in življenje v družbi temelječi na znanju.«

2. delavnica • Model našega Osončja

3. Veliki pok Začetek vesolja je nam težko razumljiv, vendar imamo veliko opazovalnih dejstev, ki podpirajo teorijo o velikem poku: • Razmerje med zastopanostjo vodika in helija v vesolju • Mikrovalovno sevanje ozadja. • Hubblov zakon. • Gravitacijsko lečenje. • Razvoj galaksij. • Nočno nebo je črno, ker je vesolje še mlado in naš pogled ne seže dovolj daleč. Vesolje se še širi. V starem vesolju bi nebo bilo posejano z enakomerno svetlobo, svetlo kot Sonce.

4. Razmerje vodika in helija Pri temperaturi 10 milijard K delci in antidelci niso bili enako zastopani. Na vsako milijardo antinevtronov je bil en nevtron presežka, kar izračunamo iz današnjega razmerja med gostoto sevanja ozadja in gostoto snovi. Tudi protonov je bilo nekoliko več. Okoli minute po poku je bilo vesolje že prehladno za rekombinacijo materije in antimaterije, vendar je milijarda K bila dovolj za eksplozivni nastanek helija. Ker je bilo protonov 5 krat več od nevtronov z računi pridemo do razmerja He : H = 1 : 12. To pa je dejansko razmerje.

5. Mikrovalovno sevanje Vodik postane neprozoren pri temperaturi približno 4 000 K (primer Sonce). Ko se je vesolje ohladilo na okoli 4000 K je postalo prozorno. Zaradi širjenja ima danes vesolje temperaturo le 2,725 K in valovna dolžina davnih fotonov je v območju mikrovalovnega sevanja radijskih valov. Sevanje je šibko in prihaja iz vseh strani, ker vesolje nima središča. Vesolje se je povečalo za 1500 krat, od trenutka, ko je postalo prozorno.

6. Satelit COBE, 1989 • Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/File:COBEDiagram.jpg

7. Spekter prasevanja • Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

8. Mikrovalovno ozadje (COBE) http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_Background_Explorer

9. Temperaturne fluktuacije Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/WMAP Rdeče – toplejše Modro - hladnejše

10. Hubblov zakon, 1929 - Vesolje se ne spreminja – prepričanje astronomov do 1930. - Bolj ko so galaksije oddaljene, hitreje se oddaljujejo od nas Oddaljenost galaksije in njena hitrost sta povezani z enačbo: v = H . R Obratna vrednost Hubblove konstante nam da čas preleta svetlobe. Natančnost meritev se izboljšuje (VMAP), zato tudi točnost za vrednost H: H = 71 km/s/Mpc Iz te vrednosti pa se izračuna starost vesolja (1/H). - Zaradi gibanja izvora svetlobe stran od nas se valovna dolžina daljša in frekvenca zmanjša. Dobimo premik k rdečemu delu spektra. Iz premika dobimo hitrost izvora.

11. Hubblov diagram Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law

12. Gravitacijsko lečenje • V splošni teoriji relativnosti telesa z maso privlačijo svetlobo. • Pri močnem lečenju je slika zelo popačena. Slika je manj popačena, če je leča oddaljena od zveznice med Zemljo in opazovanim telesom. • Gravitacija je enaka za barionsko in za temno snov. • Porazdelitev barionske snovi se ujema z poraz. temne snovi. • Temna snov in barionska snov se ne pokrivata v „Iztrelku“, kjer sta dve jati šli pred kratkim (100 milijonov let in sat od nas oddaljeni 5 milijard s.l.) druga skozi drugo. Oblaka plazme (naelektreni barioni) sta se odtrgala od nevtralne barionske in temne snovi. Šest krat več temne snovi od barionske.

13. Gravitacijsko lečenje Vir: Gregor Vek, Gravitacijske leče, seminar

14. Močno gravitacijsko lečenje Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens Glej simulacijo!

15. Gravitacijsko lečenje http://sl.wikipedia.org/wiki/Gravitacijska_le%C4%8Da Einsteinov križ Gravitacijsko lečenje kvazarja

16. Gravitacijsko lečenje Hubblov pogled skozi jato Able 1689 (rumene galaksije) na oddaljene galaksije (13 milijard let), ki so popačene zaradi lečenja (leča 2 milijona let).

17. Nastanek galaksij • Ne vemo, ali so bile prvo zvezde ali prvo galaksije. • Galaksije so nastale iz zgoščin v prvotnem vesolju. Kako? • Neznatna odstopanja v temperaturi, ki sta jih izmerila satelit COBE in VMAP, nam bosta preko modelov odgrnila pogled na velikost in rast spremembe gostote snovi, ki so pripeljale do nastanka galaksij.

18. Potek velikega poka • < 10-43 s, T = 1032K, Energija delca 1019 Gev Plankov čas, ko se je dogajalo karkoli – kvantna fluktuacija (nedoločenost časa in energije). Vesolje si je sposodilo lahko vso mirovno energijo in jo „pozabilo“ vrniti. Nismo sposobni opredeliti dogajanja, ker v tem območju nimamo merilnih rezultatov in ne razvite teorije (kvantna teorija gravitacijskega polja in velike enotne teorije). Vse štiri interakcije so bile enekovredne, enako močne. • 10- 43s, - odcepila se je gravitacijska sila • 10- 43 s – 10- 35 s – kozmološka inflacija. V času 10- 38 s se je odcepila močna sila in se je sprostilo pri tem ogromno energije. Eksponentno širjenje vesolja od velikosti protona do velikosti pomaranče. Zgladile so se neenakomernosti v sevanju in snovi. Razpadli so mezoni X in Y. Leptoni in kvarki niso več prehajali drug v drugega. Magnetni monopoli so postali redki, in jih danes ni mogoče zaznati.

19. Potek velikega poka • 10- 35 s – 10- 32s - T = 1027 K, energija delca 1014 Gev inflacija je preprečila sesedanje vesolja vase (črna luknja) in ga je razgnalo navzven. Vesolje se je povečalo za 1027 krat. • 10- 32 s – 10- 12s - T = 1025K, energija delca 100 Gev Asimetrija pri pojavljanju materije in antimaterije (zlom zakona o ohranitvi barionskega števila) – pojavi se višek kvarkov (eden na 109). • 10- 12 s – 10- 6s - T = 1015 K. Ločita se EM in šibka sila. Pojavijo se prvi leptoni. Premer vesolja je že 1014m. • 10- 6 s – 10- 4s - izginili antikvarki. Kvarki se združujejo v hadrone (protoni in nevtroni). • 10- 4s – 1 s - izginili antileptoni. Nevtrini in antinevtrini se razvijajo odslej neodvisno od snovi in sevanja.

20. Potek velikega poka • 1 s – 100 s - T = 109 K, energija delca 0,3 Mev. Dovolj hladno za nastanek jedr (75 % H, 25 % He in malo Li). Vezani nevtroni ne razpadajo več. Imamo še plazmo. • 3 – 20 min - vesolje se je razširilo in ohladilo, da so prenehala nastajati atomska jedra. Zato ni težjih jedr. • Do 10 000 let - obdobje sevanja. Večina energije je bila v fotonih, snov je bila v manjšini. • Po 10 000 letih - začelo se je obdobje snovi

21. Razvoj vesolja • 380 000 let - T = 3000 K. • Vesolje se je dovolj ohladilo, da so nastali prvi atomi H in He. Ker ni bilo več prostih elektronov, se je zaprto kozmološko sevanje sprostilo po vesolju. Tu je izvor prasevanja. Med nevtralnimi atomi ni več delovala električna sila, zato je prišla do izraza šibkejša gravitacijska sila. • Do 400 milijonov let - temačno obdobje, ker še ni bilo zvezd. Zvezde nastanejo iz oblaka medzvezdnega plina, ki se začne zaradi motnje krčiti pod vplivom lastne gravitacijske sile. Velike zvezde so hitro končevale svoj življenski cikel. • Zvezde so združene v kopice ali galaksije. Galaksije so združene v jate ali v grupe galaksij.

22. Razvoj vesolja

23. Kemijski elementi Masni deleži elementov v bližnjem vesolju: 73 % H, 25 % He, 2 % težjih elementov Masni deleži v našem telesu: 50 % C, 20 % O, 11,5 % H, 8,5 % N, 10 % težji elementi, Naše telo je iz zvezdnega pepela.

24. Sestav vesolja Opazovanja, merjenja in izračuni so dali sestav vesolja: 74 % temne snovi 22 % temne energije 4 % običajne, nam poznane snovi Temna snov? Svojo prisotnost izdaja le z gravitacijsko silo. Temna energija? Povzroča, da se vesolje širi pospešeno.

25. Temna snov • Zvezde v krakih krožijo okoli središča galaksije s hitrostjo, ki je skoraj neodvisna od razdalje od osi. Isto velja za jate. Vzrok je temna snov, ki ne seva in ne sipa svetlobe. Delci so nam neznani. • Temno snov zaznamo le preko gravitacijske sile. • Razmerje med (barionsko) snovjo in temno snovjo je 1 : 6. • Neenakomernosti porazdelitve barionske in temne snovi v današnjem vesolju so se razvile iz majhnih odmikov povprečne temperature prasevanja.

26. Temna energija • Temna energija povzroča pospešeno širjenje vesolja.

27. Življenje v vesolju • Enocelična bitja. • Drugačne molekule in snovi. (Titan – tekoči amoniak, tekoči metan in etan) (v globinah Atlantika, 2 km pod površino v bazaltnih skalah, bakterije v gejzirih, v Romuniji – ekosistem v votlini 5,5 milijona let ločen od zunanjega sveta) • Onesnaženje z zemeljskimi oblikami življenja bi lahko iztrebilo prvotne organizme (Mars, Evropa, Ganimed, Kalisto) • Življenje na Zemljo so prinesli meteoriti (1996 NASA, meteorit iz Marsa, ki so ga našli na Antarktiki)

28. Iskanje civilizacij • Iskanje komunikacijskih signalov razvitih civilizacij – radio,TV, brezžični telefon, razsvetljava • Oddajanje naših signalov (80 let – ni odgovora) • program SETI , radijski teleskop v Arecibu– (50 let) neuspešen • Program SETI (2012)– 350 radijskih teleskopov Allen Telescope Array namenjen iskanju stikov z nezemljani. • Največja ovira so razdalje. Na potrditev prejetega signala lahko čakamo tisočletja (ali jih omo preživeli?). Mi uporabljamo komunikacijsko tehnologijo šele 100 let.

29. Sporočilo Pioner 10, 11 • Vir:http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1972-012A

30. Sporočilo Voyager 1, 2 Vir:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Voyager_Golden_Record_fx.png Zlati plošček: slike, glasovi, muzika

31. Hvala za pozornost !

32. Astrofizika • S fizikalnimi zakoni poskuša razumeti in razložiti naša opažanja v vesolju. • Opazujemo zvezde, meglice, galaksije. • Meritev ne moremo ponoviti. • Ne moremo eksperimentirati. • Uporabljamo matematično fizikalno modeliranje.