Wielkiego Wybuchu

Komentarze

Transkrypt

Wielkiego Wybuchu
Teoria Wielkiego Wybuchu
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Epoki rozwoju Wszechświata
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Wczesny Wszechświat
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Epoka Plancka (10-43 s): jedno podstawowe oddziaływanie
Wielka Unifikacja (10-36 s): oddzielenie siły grawitacji od reszty oddziaływań
Era Inflacji (10-32 s): szybkie rozszerzanie się pola sił inflacyjnych, które w końcu
ulega zmianie w cząstki – kwarki i gluony.
Plazma kwarkowo-gluonowa (10-12 s)
Era kwarków (10-6 s): wytworzenie się pola Higgsa, nadającego masę wybranym
cząstkom. Rozdzielenie oddziaływania słabego od elektromagnetycznego. Energia
jest zbyt wysoka, by pozwolić na łączenie kwarków w bariony i mezony.
Era hadronów (1 s): w wyniku ochłodzenia plazmy gluonowo-kwarkowej kwarki łączą
się w hadrony
Era leptonów (10 s): w wyniku anihilacji większości hadronów z antyhadronami,
głównym składnikiem materii stają się leptony i antyleptony
Era promieniowania (do 380000 lat): w wyniku anihilacji większości leptonów z
antyleptonami, głównym nośnikiem energii stają się fotony.
Promieniowanie i materia
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Promieniowanie i materia
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Tworzenie jąder atomowych - nukleosynteza (10s – 20 minut): protony i neutrony
łączą się w jądra deuteru. Jądra deuteru w procesie syntezy tworzą jądra helu 4He.
Wagowy udział pierwiastków po etapie nukleosyntezy:
75% 1H
25% 4He
0.01% 2H
10-8% 7Li, 3H i inne
Dominacja materii: (70 000 lat): ciśnienie promieniowania staje się mniejsze niż
oddziaływania grawitacyjne, umożliwiając tworzenie się niejednorodności i skupisk
materii.
Rozdzielenie promieniowania i materii
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Dla wieku Wszechświata około 379000 lat (dla temperatury
3000K) nastąpiło rozdzielenie promieniowania i materii – na skutek
formowania się obojętnych elektrycznie atomów.
Drobne fluktuacje promieniowania tła odpowiadają
powstaniu skupisk materii – galaktyk i ciemnej materii.
Promieniowanie wodoru
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Promieniowanie o długości 21 cm odpowiada przejściom między
stanami atomów wodoru o spinie elektronu zorientowanym zgodnie i
przeciwnie do spinu jądra.
Dominujące promieniowanie emitowane przez materię dla tzw. „ciemnej
ery” Wszechświata – po rozdzieleniu promieniowania i materii.
Wytworzenie struktur
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Drobne niejednorodności na skutek oddziaływań grawitacyjnych
doprowadziły do wytworzenia skupisk materii.
Kwazary – obiekty powstające wokół czarnej dziury.
Na skutek zasady zachowania momentu pędu, wokół czarnej dziury
formuje się dysk – obłok materii wysyłający promieniowanie.
Z obszaru dysku materia może
wydostawać się w postaci
tzw. dżetu – strumienia o małej
szerokości kątowej.
Promieniowanie kwazarów
doprowadziło do rejonizacji
materii – przejście do stanu
plazmy.
Kwazary
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Czarne dziury
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Czarna dziura: obszar czasoprzestrzeni, z którego nie może wydostać
się (na skutek deformacji czasoprzestrzeni) światło, materia i informacja.
Rozmiar czarnej dziury (horyzontu zdarzeń)
określa promień Schwarzschilda.
2GM
rS = 2
c
Supermasywne czarne dziury
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Promień czarnej dziury wzrasta liniowo ze wzrostem masy.
ρ=
M
V
Średnia gęstość jest odwrotnie proporcjonalna do sześcianu promienia maleje znacznie szybciej.
Średnia gęstość supermasywnych czarnych dziur może być mniejsza od
gęstości wody - dla 21·106 mas Słońca 1000kg/m3
Pierwsze gwiazdy
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Z obłoków materii w stanie plazmy wytworzyły się pierwsze gwiazdy –
tzw. gwiazdy III generacji (nie zawierające jąder metali).
We wnętrzu masywnych gwiazd III generacji, w wyniku reakcji syntezy
jądrowej, powstawały cięższe pierwiastki. Dało to początek kolejnym
generacjom gwiazd (II i obecnej III).
Rozszerzanie się Wszechświata
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Prawo Hubble’a: prędkości ucieczki galaktyk widziane przez
obserwatora są proporcjonalne do odległości do obserwatora.
v = H0D
prędkość
ucieczki
Stała Hubble’a:
67 (km/s)/Mpc
odległość
Rozszerzanie się Wszechświata
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Promień Hubble’a wyznacza promień sfery, poza którą prędkość
rozszerzania się (oddalania) obiektów od obserwatora na skutek
rozszerzania się Wszechświata jest większa niż prędkość światła –
obserwator nie zobaczy światła tych obiektów.
rHs
c
=
H0
Rozszerzanie się Wszechświata
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Przesunięcia w podczerwieni są liniowo proporcjonalne do prędkości
rozszerzania się Wszechświata tylko dla niewielkich wartości – dla
dużych wartości przesunięcia w podczerwieni nie znamy dokładnego
przeliczenia!
v = H0D
Zc = v
Wiek Wszechświata
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Większość modeli podaje wiek Wszechświata około 1/H. Modele zależą
od ilości ciemnej materii i ciemnej energii.