1 / 53

Элементы космологии

Элементы космологии. Содержание. Космологические модели Горячая вселенная Исследования микроволнового фона (спектр, анизотропия). Стандартная космологическая модель. Космологический принцип: Вселенная пространственно однородна и изотропна.

fedora
Download Presentation

Элементы космологии

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. Элементы космологии

  2. Содержание • Космологические модели • Горячая вселенная • Исследования микроволнового фона (спектр, анизотропия)

  3. Стандартная космологическая модель • Космологический принцип:Вселенная пространственно однородна и изотропна. • Метрика Робертсона – УокераR(t)– космический масштабный факторk– индекс кривизны (-1, 0, +1 при подходящем выборе единиц для r)Пространственные координаты r, θ, φобразуют сопутствующую систему (для типичных галактик они постоянны).

  4. Красное смещение Движение фотона происходит по геодезической линии Изменение частоты фотона. Если Rрастет, λ тоже растет – красное смещение.

  5. Закон Хаббла

  6. Расстояния в космологии • Собственное расстояниеотносительная скорость двух наблюдателей выражается законом Хаббла Собственное расстояние измерить нельзя и оно не имеет большого смысла для наблюдательной космологии.

  7. Расстояния в космологии (2) • Фотометрическое расстояние • Угловое расстояниепри z << 1 dугл ≈ dф ≈ dсоб ≈ R(t0)r1

  8. Горизонт частиц • Горизонт частиц - это расстояние до самого далекого источника, в принципе наблюдаемого в данный момент времени (уточним, что речь идет о расстоянии до объекта в момент приема фотона, а не в момент излучения). Иногда этот радиус определяют по-другому: расстояние, которое фотон может пройти от t=0 до данного момента (т.е. это расстояние, на которое можно передать информацию за время, равное возрасту Вселенной).

  9. Горизонт событий • Горизонт событий - довольно хитрое понятие (и не во всякой космологической модели он существует). Расстояние до горизонта событий в настоящий момент - это расстояние до частицы, до которой может дойти наш световой сигнал, посланный в данный момент. Другими словами – события за пределами этого горизонта мы никогда не увидим.

  10. По горизонтальной оси - собственное расстояние, по вертикальной - время. Показаны мировые линии «галактик». Линия z = 1000 примерно соответствует наблюдаемой сейчас поверхности последнего рассеяния. Именно с ней связано реликтовое излучение. Отмечен наш световой конус (каплеобразная фигура в центре). Также указаны горизонт частиц, горизонт событий и Хаббловская сфера. Горизонтальная линия в середине рисунка соответствует настоящему моменту времени. Все рисунки построены для плоской лямбда-модели (ΩΛ=0.7).

  11. То же, но теперь по горизонтальной оси отложено сопутствующее расстояние, а по вертикальной оси – конформное время, dτ = dt/R(t). На этом рисунке яснее видны детали вблизи t = 0. Кроме того, световой конус превратился из каплеобразной фигуры действительно в конус.

  12. Зависимость красного смещения от расстояния H0и q0– постоянная Хаббла и параметр замедления

  13. Три типа пространства piatta sferica Модели эволюции Вселенной

  14. Критическая плотность Закон сохранения энергии

  15. Частный случай – плоская Вселенная

  16. Ускоренное расширение Вселенной

  17. Модель горячей Вселенной • Эпоха первичного нуклеосинтеза завершается к моменту t ~ 200 с. • Хим. состав дозвездного вещества:H(75%), 4He(25%), D(3x10-5), 3He(2x10-5), 7Li(10-9) Г.А. Гамов

  18. Модель горячей Вселенной • Идея горячей Вселенной – в работах Алфера, Бете и Гамова (1948), рассмотревших состояние вещества, при котором ρизлучения>> ρвещества. Их идея состояла в получении через ядерные реакции наблюдаемого химического состава. Предсказали наличие реликтового микроволнового излучения с T~ 5 K, оставшегося от эпохи, когда горячее вещество (плазма) было непрозрачно для излучения и вещество находилось в состоянии термодинамического равновесия с излучением.

  19. Микроволновый «реликтовый» фон

  20. История • Одна группа (Новиков и Дорошкевич в России) на основе теоретических изысканий была весьма близка к предсказанию реликтового остатка ранней горячей Вселенной. • Другие две группы в США (BellTelephoneLaboratories, Принстон).

  21. История Arno Penzias & Robert Wilsonпроводя р/технические измерения на =7 см Обнаружили избыточный сигнал равный 3.51.5 К 1965 г. – открытие CMBR

  22. История • группа Дикке построила приемник на длине волны 3 см и их измерения дали температуру (3.0  0.5) К •  = 7 см и 3 см спектр • Astrophys.J, 1965, 142, 414 R. Dicke et al. • Astrophys.J, 1965, 142, 419 A. Penzias & R. Wilson

  23. История • Идея, что вся Вселенная заполнена полем излучения была высказана задолго до его открытия в 1965 г. и, мало того, достаточно точно была по наблюдениям определена его температура. • Дж. Гамов и его коллеги, работая над проблемой нуклеосинтеза, пришли к выводу, что Вселенная в ранние этапы должна была пройти состояние с очень высокой температурой.

  24. История • Однако были проведены и более ранние измерения реликтового излучения • McKellar (1941г.) в своих пионерских работах по исследованию молекул (дублета CN на длине волны 3874 Å) в межзвездной среде обнаружил излучение с температурой 2.47 К Он полагал, что это соответствует межзвездному излучению за которое ответственны звезды в Галактике

  25. История • Шмаонов: при обзоре неба на  = 3.2 см в Пулково на рупорной антенне обнаружил избыточное излучение • ПиТЭ, 1957 г. «Оказалось, что абсолютная величина эффективной температуры радиоизлучения фона… равна 43 К» • Более того, было показано, что интенсивность излучения не зависит ни от времени, ни от направления!

  26. Исследования микроволнового «реликтового» фона Результаты измерений спектра микроволнового фона на ИСЗ “COBE”

  27. Искажения спектра • Поиск отклонений спектра от чернотельного является чувствительным инструментом в оценке возможного выделения энергии (вторичного разогрева) в результате спецефических процессов в ходе эволюции Вселенной: • огромные выделения энергии в результате распада первичных частиц на Z от 109 до 103

  28. Искажения спектра Как следствие, многие теории образования галактик с: • аннигиляцией • испарением первичных черных дыр • распадом экзотических частиц и др. не выдержали «планковости» спектра реликтового излучения

  29. Анизотропия микроволнового фона

  30. Дипольная анизотропия микроволнового фона Скорость Солнечной системы v = 316  12 км/с.

  31. CMBR как «новый эфир» T = To (1 + v/c  cos) T  3.36 mK Местная группа движется со скоростью600 км/сек в направлении: • RA  11.2 h • Decl  -07

  32. Мелкомасштабная анизотропия микроволнового фона An image of the CMBR, taken by COBE. The scaling in this plot shows irregularities smaller than one-ten-thousandth of a degree (K)! These bumps are the seeds from which galaxies are thought to have formed.

  33. Наблюдения

  34. Эксперименты Спутниковые: • COBE MAP PLANCK Баллонные: • Archeops, FIRS, ARGO, MAX, MSAM, BAM, QMAP, BOOMERanG, MAXIMA, Top Hat, ACE, BEAST, Наземные: • Tenerife, South Pole, Saskatoon, Python, IAB, White Dish, CAT, OVRO, ATCA, SuZIE, Viper, COBRA, Jodrell Bank, Brown/Wisc Polarization, MAT, DASI, VSA, CBI, POLAR, Polatron, «Космологический Ген Вселенной»

  35. Jodrell Bank

  36. Генетический код Вселенной РАТАН-600  = 150 см ( = 0.6 30 ГГц)

  37. BOOMERanG

  38. COBE vs. WMAP

  39. Planck

  40. PLANCK

  41. Что-почем…

  42. Модель инфляционной Вселенной • Трудности классической космологии: • Проблема горизонта (проблема причинности) • Проблема близости средней плотности к критической • Основная идея модели инфляционной (раздувающейся) Вселенной состоит в том, что в очень ранней Вселенной существовала необычная форма материи, которая создавала «антигравитацию». При этом масштабный фактор растет со временем экспоненциально. Это позволяет решить обозначенные выше проблемы.

  43. Поляризация микроволнового фона

More Related