Era promieniowania
advertisement
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.
