Az univerzum szerkezete

Átírás

1 Az univerzum szerkezete Dobos László É május 16.

2 Szatellitgalaxisok és galaxiscsoportok Szatellitgalaxisok a Tejút körül számos szatellitet találni alacsony felületi fényességűek nehéz őket azonosítani kevesebbet látunk, mint amennyit az elmélet jósol Extragalaxisok szatellitjeti minden nagyobb galaxis körül kell, hogy legyenek nagyon halványak, nem lehet megfigyelni Galaxiscsoportok galaxisok gravitációsan kötött összessége 2 10 nagyobb galaxis + szatellitek

3

4

5 Galaxishalmazok Galaxisok gravitációsan kötött halmaza nagyobb galaxis alkotja a számosság az egyik fő paraméter 1 4 Mpc átmérő középen a BCG 1 galaxis nagy mennyiségű sötét anyag: M/L 500M /L nagy sebességdiszperzió, akár 1000 km s 1 Abell-katalógus: kb. 4000, szemmel azonosított galaxishalmaz Ismert halmazok Virgo-halmaz, Coma-halmaz stb. 1 legfényesebb klasztergalaxis: brightest cluster galaxy

6

7

8 Galaxishalmazok tulajdonságai A galaxisokhalmazok középpontja dinamikailag relaxált rendszer a gyakori galaxisütközések során virializálódott ezért itt kizárólag nagy elliptikus galaxisok vannak külsőbb régiókban behulló galaxisok itt vannak spirálok is sűrűség morfológia reláció Forró galaxisközi gáz 2 nagyon forró, ritka, fémeket tartalmazó gáz a galaxisokból fújta ki valami 10 milló K röntgensugárzás a gáz nagyon gyorsan hűlne valami folyamatosan fűti aktív galaxismagok 2 Intra-cluster medium (ICM)

9

10 Gravitációs lencsézés A nagy tömegkoncentrációk elhajĺıtják a fénysugarakat lencseként működik felnagyítja a háttérobjektum képét az háttérobjektum fényesebbnek látszik eltorzul a képe, megnyúlik, több kép jelenik meg

11 A gravitációs lencsézés típusai Mikrolencsézés a háttérben levő csillag előtt elhalad egy fekete lyuk a csillag rövid időre felfényesedik ld. MACHO-k keresése Erős gravitációs lencsézés nagy tömegű galaxisok, galaxishalmazok erősen torzulhat a kép ívek, Einstein-gyűrű, Einstein-kereszt Gyenge gravitációs lencsézés statisztikai módszerekkel mutatható ki a sötét anyag keresésének egyik lehetősége

12

13 Az univerzum szerkezete nek felta ra sa Vo ro seltolo da s-felme re sek I to bb millio galaxis e gi pozı cio ja I ta volsa g spektroszko piai vo ro seltolo da sbo l fontosabb vo ro seltolo da s-felme re sek: I I I I CfA e gte rke p 2dF e gfelme re s Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

14 A galaxisok nagy skálás eloszlása A galaxisok eloszlása nem egyenletes láthatóak a nagy skálás szerkezet struktúrái szuperklaszterek, kozmikus üregek, filamentumok falak: Nagy Fal, Sloan Nagy Fal stb. az eloszlás csak kb. 150 Mpc fölötti skálákon homogén

15 A Laniakea-szuperhalmaz

16 A Hubble-tágulás Hubble szerint a galaxisok távolsága arányos a vöröseltolódással minél távolabb van egy galaxis, annál gyorsabban távolodik mi nem lehetünk az univerzum közepe a Hubble-törvény bármilyen nézőpontból igaz mondhatjuk úgy, hogy tágul a galaxisok közötti tér Mi okozza a tér tágulását? az univerzum kezdetekor az anyag kezdősebességet kapott nagy bumm, big bang, ősrobbanás stb. azóta minden mindentől távolodik a gravitáció hatására a távolodási sebesség lassul A kozmológiai skálafaktor: a(t) hogyan változott a galaxisok távolsága a múltban értéke ma a(t = 0) = 1, régebben kisebb volt

17 A tágulás sebességének változása A tágulási ütem változása az univerzum sűrűségétől függ kevés anyag: a tágulás lassan lassul sok anyag: a tágulás visszafordul és az univerzum összeomlik kritikus sűrűség: ahol a tágulás még pont örökké tart Ω M = ρ ρ kritikus GYORSULVA TÁGUL Ω=0 Ω<1 GALAXISOK KÖZTI TÁVOLSÁG MA Ω=1 Ω>1 IDŐ

18 Az univerzum görbülete Az Einstein egyenletek kimondják, hogy az anyag (energia) meggörbíti a teret bevezetünk egy Ω K számot Ω M + Ω K = 1 a tér Ω K -tól függően lehet: Ω K = 0: sík Ω K > 0: gömbi geometriájú ΩK < 1: hiperbolikus geometriájú

19 Ia típusú szupernóvák Egy fehér törpe és egy közeli vörös óriás kettőséből a csillagról folyamatosan anyag áramlik a fehér törpére amikor eléri az M = 1,4M tömeget, felrobban a robbanás fényessége mindig ugyanakkora standard gyertya, ami Gpc-ekre ellátszik

20 A tágulási ütem és a lassulás kimérése Az univerzum sűrűsége galaxisklaszterek megszámlálásából a nagy skálás szerkezet anaĺıziséből Ω M meghatározható az anyag nagy része sötét anyag! Ia típusú szupernóvák segítségével a fluxus F = L, de mi is az a D 4πDL 2 L? luminozitástávolság a D L (z) összefüggés függ az Ω paraméterekről távolságmoduluszt és vöröseltolódást mérünk illesztésből Ω M, Ω K... megkapható

21 Meglepetés: a gyorsulva táguló univerzum az univerzum nem lassulva, hanem gyorsulva tágul valaminek hajtania kell a tágulást sötét energia, mennyisége: Ω Λ

22 A ΛCDM 3 kozmológia paraméterei Ω M + Ω K + Ω Λ 1 Ω M = 0,315 Ω Λ = 0,685 Ω K = 0,000 H 0 = 67,4 km s 1 Mpc 1 t 0 = 13,8 md év 3 sötét energia + hideg sötét anyag

23 A korai univerzum rövid története Az univerzum kezdetben forró, de tágul és így hűl: t = 10 s: létre jönnek az elektronok, protonok és neutronok t = 20 min: létre jönnek a D, He és Li atommagok (Gamow 1946) az univerzumot átlátszatlan forró plazma tölti ki z = 1100; t = 300 ezer év: az atommagok befogják a szabad elektronokat az univerzum hirtelen átlátszóvá válik nincsenek még csillagok, az univerzum sötét de a plazma fénye még sokáig ellátszik...

24 A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás az elektronok befogódásával az univerzum átlátszóvá válik T 3000 K hőmérsékleten történik meg a plazma által utoljára kibocsátott fotonok nem nyelődnek el mi is, még ma is tudjuk detektálni z = 1100 miatt a mikrohullámú tartományban ez ma 2,7 K hőmérsékletnek felel meg a hőmérsékletben 10 5 K nagyságú ingadozások A háttérsugárzás megfigyelése Penzias és Wilson (1964) - 3 K rádió zaj COBE űrtávcső (1990) - rossz felbontású térkép BOOMERANG, WMAP (2003) - jó felbontású térkép Planck űrtávcső (2015) - precíziós térkép

25 COBE űrtávcső

26 WMAP űrtávcső

27 Planck u rta vcso

28 A kozmikus háttérsugárzás teljesítményspektruma

29 Galaxisok csillagainak kialakulása z = 10; t = 500 millió év: az első csillagok és kvazárok III. populációs csillagok, újra ionizálják a hidrogént legyártják az első nehéz elemeket z = 2; t = 3 md év: a nagy csillagképődés és a kvazárok kora z = 1; t = 6 md év: a galaxishalmazok kialakulása összeáll a nagy skálás szerkezet dominálni kezd a sötét energia okozta tágulás