PROJEKT KOSMOLOGIA Aleksander Gendarz Mateusz Łukasik Paweł Stolorz 1
1. Definicja kosmologii. Kosmologia dział astronomii, obejmujący budowę i ewolucję wszechświata. Kosmolodzy starają się odpowiedzieć na pytania: Jaki jest skład i struktura Wszechświata? Jak powstał? Jaki będzie jego ostateczny los? Kosmologia upodobniła się do astrofizyki (Astrofizyka - dziedzina nauki leżąca na pograniczu fizyki i astronomii, zajmująca się badaniem procesów fizycznych w skali astronomicznej oraz budową i prawami rządzącymi obiektami astronomicznymi). 2. Początek wszechświata Wielki Wybuch. W 1985 roku pewien fizyk stwierdził na konferencji naukowej: Fakt, że Wszechświat powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu, który nastąpił około 15 miliardów lat temu, jest równie pewny, jak to, że Ziemia krąży wokół Słońca. To stwierdzenie wyraża zaufanie, jakie mają specjaliści do teorii Wielkiego Wybuchu, którą po raz pierwszy sformułował Georges Lemaître. Georges-Henri Lemaître (ur. 17 lipca 1894 w Charleroi, zm. 20 czerwca 1966 w Leuven) belgijski ksiądz katolicki i astronom, jeden ze współtwórców współczesnej kosmologii relatywistycznej. Jako pierwszy zastosował w kosmologii fizykę kwantową, Rozwijał idee Alberta Einsteina. Stworzył hipotezę Wielkiego Wybuchu (nazywał ją Hipotezą Pierwotnego Atomu). Przewidział istnienie promieniowania reliktowego. 2
Wielki wybuch najbardziej prawdopodobny model ewolucji wszechświata. t = 10 43 s. To najwcześniejszy moment ewolucji wszechświata, o którym możemy snuć jakieś wiarygodne wyobrażenia. Właśnie wtedy pojęcia przestrzeni i czasu nabrały obecnego znaczenia, a znane nam prawa fizyki zaczęły obowiązywać. Cały wszechświat był wtedy mniejszy od protonu a jego temperatura sięgała 10 32 K. t = 10 34 s. Do tego momentu Wszechświat gwałtownie rozszerzył się, zwiększając swoje rozmiary o około 10 30 razy. Przypomina gorącą zupę o temperaturze ok 10 27 K. t = 10 4 s. Kwarki mogą już łączyć się ze sobą tworząc protony i neutrony, oraz ich antycząstki. Dzięki ciągłemu rozszerzaniu się (dużo wolniejszemu) Wszechświat ostygł tak, że fotony nie mają dość energii by rozbić nowe cząstki. Cząstki i antycząstki zderzają się ze sobą ulegając anihilacji (proces oddziaływania cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione na fotony). Istnieje pewien nadmiar materii, który przetrwa i utworzy się znany nam dziś świat. 3
t = 1 min. Wszechświat ostygł na tyle, że zderzające się ze sobą protony i neutrony mogą połączyć się ze sobą w lekkie jądra. t = 300 000 lat Zaczynają się tworzyć atomy. Atomy wodoru i helu pod wpływem grawitacji tworzą się skupiska rozpoczynające powstawania gwiazd i galaktyk. 3. Gwiazdy Gwiazda kuliste ciało niebieskie stanowiące skupisko powiązanej grawitacyjnie materii w stanie plazmy bądź zdegenerowanej. Gwiazdy zbudowane są głównie z wodoru i helu, prawie wszystkie atomy innych cięższych pierwiastków znajdujące się we Wszechświecie powstały w efekcie zachodzących w nich przemian jądrowych lub podczas wieńczących ich istnienie wybuchów. Gwiazdy znacznie różnią się od innych obiektów we Wszechświecie, bowiem świecą własnym światłem (nieodbitym, jak planety). Dzieje się tak głównie na skutek reakcji termojądrowych zachodzących w ich wnętrzu, które są głównym, ale nie jedynym. Ogółem mówiąc większość gwiazd liczy sobie od 1 mld do 10 miliardów lat, wiek mniejszej części gwiazd może być bliski wiekowi Wszechświata. Prawdopodobnie nasza galaktyka - Droga Mleczna zawiera ponad 10 gwiazd nawet większych, tyle, że są one zasłonięte przez gaz i pył gwiezdny, a więc nie możemy ich dostrzec. Kilkaset widocznych na niebie gwiazd wyróżnia się blaskiem. Układają się one w charakterystyczne konfiguracje, określane mianem gwiazdozbiorów lub konstelacji. Gwiazdy tworzące konstelacje najczęściej nie są ze sobą w żaden sposób powiązane. Z czasem gwiazdy te połączono w symboliczne kształty i nadano im nazwy pochodzące z mitologii. Oto kilka z nich: - Orion - Wielki pies - Wielka niedźwiedzica - Mała niedźwiedzica - Lew - Duży wóz - Byk 4
4. Galaktyki Galaktyka- duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Oprócz pojedynczych gwiazd, galaktyki zawierają dużą liczbę układów gwiazd oraz różnego rodzaju mgławice. Większość galaktyk ma rozmiary od kilku tysięcy do kilkuset tysięcy lat świetlnych. Odległości między galaktykami sięgają milionów lat świetlnych. Galaktyka, wewnątrz której znajduje się Układ Słoneczny, to Droga Mleczna. Największą znaną galaktyką jest IC 1101. Galaktyki można podzielić na cztery główne typy: - spiralna (z poprzeczką lub bez poprzeczki) Galaktyki spiralne są najbardziej atrakcyjne. Normalne spirale mają w jądrze eliptyczne wybrzuszenie, złożone ze starych gwiazd, otoczone przez spiralne ramiona, w których tworzą się gwiazdy. - soczewkowata Galaktyki soczewkowate są przedstawicielami typu pośredniego między galaktykami eliptycznymi a spiralnymi. Trochę przypominają galaktyki spirale środkowym zgrubieniem i dyskiem, ale nie mają ramion. Występują powszechnie w gromadach galaktyk. - eliptyczna Galaktyki eliptyczne wyglądają raczej zwyczajnie, ale wśród nich istnieją za równo najbardziej masywne galaktyki, jak i najmniejsze, ledwo wykrywalne (karłowate galaktyki sferoidalne. Galaktyki eliptyczne składają się głównie ze starych gwiazd i zawierają niewiele chłodnego gazu i pyłu potrzebnych do stworzenia nowych gwiazd. - nieregularna Większość galaktyk nieregularnych ma niewielkie rozmiary, a ich prototypem jest Mały Obłok Magellana 5