1100-3Ind06 Astrofizyka

Transkrypt

1 1100-3Ind06 Astrofizyka 2016/2017 Michał Jaroszyński (+Tomasz Bulik +Igor Soszyński ) Różne informacje mogą znajdować się na:

2 Zasady zaliczeń: Pozytywny wynik w teście otwartym (opis 2 z 5 zagadnień do wyboru) Proponowana ocena w zależności od wyniku testu Dla nieusatysfakcjonowanych: egzamin ustny. Test można powtarzać w sesji poprawkowej UWAGA: indeksy już nie obowiązują. Wyniki testu będą opublikowane na tej stronie i wtedy zapytamy Państwa (poprzez u-mail) czy życzą sobie wpisu proponowanej oceny do USOS. W przypadku braku protestu, ocena zostanie wpisana do USOS.

3 Przedmiot astrofizyki: Interpretacja zjawisk astronomicznych / modelowanie obiektów astronomicznych przy pomocy praw fizyki Współzależność: możliwość testowania teorii fizycznych w ekstremalnych warunkach (gęstość, temperatura, ciśnienie, energie cząstek) Odmienność: w zasadzie brak możliwości przeprowadzenia planowanego eksperymentu.

4 Sir Martin Rees, Astronomer Royal,... XXXVI Zjazd PTA uroczystość wręczenia Medalu Bohdana Paczyńskiego (Laureat: Martin Rees),,Być może umysł ludzki nie będzie już w stanie dokonać przełomu w teoretycznym zrozumieniu praw Przyrody'' (kwantowa grawitacja, początek Wszechświata...),,Cząstkowy postęp jest możliwy, np poprzez rozwijanie symulacji komputerowych'' (MJ z pamięci po >2 tygodniach)

5 Wszechświat: spis inwentarza Typy obiektów Rozmieszczenie w przestrzeni Symetrie

6 Układ Słoneczny

7 Obłok Oorta Średnica Obłoku Oorta jest rzędu miesięcy świetlnych. (Obłok Oorta nie jest bezpośrednio obserwowany)

8 Gwiazdy w otoczeniu Słońca

9 Droga Mleczna

10 Droga Mleczna Shapley (~1917): rozkład gromad kulistych w przestrzeni. Odległości: zależność P-L dla gwiazd typu RR-Lyrae. Słońce nie jest w centrum Drogi Mlecznej

11 Mgławice emisyjne (HII) Mgławica Rozeta (NGC 2237). Młode gwiazdy oświetlają obłok, który pochłania jonizujące promieniowanie UV, a jego atomy emitują fotony o widmie liniowym. Ten obłok może zawierać ~ M_sun gazu.

12 Mgławice planetarne NGC Mechanizm emisji jak w obszarach HII, ale źródłem UV jest gorący biały karzeł (w tym przypadku T~ K).

13 NGC 224 / M31(Sb) - Andromeda

14 Curtis i Shapley 1920 Heber D. Curtis Mgławice spiralne są układami gwiazd równoważnymi Drodze Mlecznej Mgławice spiralne należą do Galaktyki Harlow Shapley

15 Hubble 1924 Cefeidy w Wielkiej Mgławicy Andromedy: odległość do M31 jest większa niż [nawet przypisywane jej przez Shapleya] rozmiary Galaktyki. =>Wszechświat wyspowy: Materia rozproszona I gwiazdy skupiają się w galaktykach. Gwiazdy mogą powstawać tylko w takich obszarach podwyższonej gęstości. Edwin Hubble

16 Prawo Hubble'a Prawo Hubble'a jest dobrym przybliżeniem dla 3000km/s <v<30000km/s. {większe z} ==> {większe d} zawsze poprawne

17 Grupa Lokalna Galaktyki Grupy Lokalnej zmieściłyby się w kuli o D=5 mln. l. św.

18 Gromada galaktyk (Coma) Gromady galaktyk zawierają setki obiektów Nie zawsze łatwo rozpoznać gromadę patrząc na rozkład galaktyk bardziej niezawodne okazują się komputery Gromady mają rozmiary kilku mln l.św. Nie wszystkie galaktyki należą do gromad; prawie wszystkie wchodzą w skład grup galaktyk

19 MS (duże pole widzenia)

20 MS (obszar centralny)

21 Abell 370

22 CL (centrum)

23 Mapa rozkładu masy Mapa obejmuje Supergromadę Lokalną

24 Katalog prędkości galaktyk CfA Ta mapa wycinka przestrzeni e sięga odległości ok. 0,6 mld. l.św.

25 Katalog prędkości galaktyk CfA - cd Ta mapa przedstawia obszar,,grubszy. Tutaj dodano jeszcze obiekty z sąsiednich warstw.

26

27 (2dF,,widzi galaktyki do 2 mld l.św.)

28 Przegląd 2dF: rozmieszczenie QSO Kwazary widać nawet w odległości >10 mld. l. św. Występują tam i galaktyki, ale tylko niektóre obserwujemy.

29 Rozkład przestrzenny galaktyk Wyraźne grupowanie Struktury do 100 mln lat św. Wyraźnie większe prawdopodobieństwo znalezienia sąsiada galaktyki w promieniu <20 mln lat św.,,statystyczna jednorodność''

30 Hubble Deep Field (fragm.) Efekt długiej ekspozycji Teleskopu Kosmicznego

31

32 Charlier (1922): rozkład mgławic na niebie

33 Galaktyki IRAS

34 Galaktyki IRAS - cd Powyżej obiekty o prędkościach km/s < V < km/s

35 Jasne radioźródła półkuli północnej Ta mapa części północnego nieba uwzględnia położenia ponad dostatecznie jasnych źródeł radiowych.

36 Błyski gamma: rozkład na niebie

37 Mikrofalowe promieniowanie tła: widmo 2.73K Rezultaty pomiarów natężenia promieniowania w różnych częstościach dokonanych przez satelitę COBE w pierwszym roku pomiarów.

38 Anizotropia dipolowa (COBE) Największe odstępstwa od izotropii mają charakter dipolowy tzn można je przypisać efektowi Dopplera związanemu z ruchem obserwatora Na Ziemi: v=390+/-30 km/s W układzie Słońca v=390 km/s W układzie Grupy Lokalnej v=627+/-22 km/s Kierunek l=276, b=30 (Hydra-Centaur)

39 COBE -MAP MAP (WMAP) (Wilkinson) Microwave Anisotropy Probe ma wielokrotnie wyższą czułość i zdolność rozdzielczą w porównaniu z satelitą COBE (Cosmic Background Explorer) Różnice temperatury są bardzo małe (<1/10000)

40 Planck (2015)

41 Wszechświat: Izotropowy Jednorodny Rozszerza się Wypełniony promieniowaniem 2.73 K We wszystkich znanych obłokach >23% masy stanowi hel

42 Model newtonowski Cząstka próbna o masie m (,,galaktyka'') pozostaje na powierzchni ekspandującej kuli o masie M. Jednokrotne całkowanie równania ruchu wprowadza stałą (E), która jest energią cząstki w polu grawitacyjnym kuli. Charakter rozwiązania zależy od znaku E. Określa ono nie tylko ruch,,galaktyki'', ale też opisuje ewolucję rozmiarów kuli.

43 Model newtonowski Przykłady zależności charakterystycznej długości od czasu.

44 Model newtonowski Stała całkowania (E) może być wyznaczona z warunków początkowych, które odpowiadają,,dzisiejszej'' fazie ewolucji. Pojawia się charakterystyczna,,,krytyczna'' gęstość Wszechświata. Jeśli rzeczywista gęstość średnia materii byłaby wyższa od krytycznej, w przyszłości należałoby oczekiwać zastąpienia ekspansji kurczeniem się.

45 Model newtonowski Rozważamy dowolną cząstkę, która dociera do kolejnych, wzajemnie oddalających się od siebie zgodnie z prawem Hubble'a obserwatorów. Pęd jest wyznaczany przez kolejnych, bliskich siebie obserwatorów więc ich względne prędkości V<<c, co pozwala uprościć transformacje Lorentza. Zastosowanie do fotonów pozwala otrzymać związek pomiędzy czynnikiem przesunięcia ku czerwieni a zmianami charakterystycznej długości we Wszechświecie. Znajomość R(t) pozwala (na ogół poprzez równania przestępne) określić czas emisji fotonu.

46 E<0 i skończony czas ekspansji 2