in a galaxy far far away

25.03.2014. Tijana Prodanovic @ 10 Dana astronomije, Daruvar 1

In a Galaxy far far away ...

TAMNA MATERIJA

• Ne znamo tačno

šta je ...

• Ali znamo da

ispunjava svemir

25.03.2014. 2Tijana Prodanovic @ 10 Dana astronomije, Daruvar

This result was brought to you by Planck

????

Vidimo gravitacijom!

• Vidimo kako utiče na svetlu materiju– vetar ne vidite al vidite lišće!

• Sve što ima masu (težinu) ima i gravitaciju!

• Gravitacija privlači!• Razbija vaze, drži nas

na Zemlji, drži

astronaute u orbiti...


Gravitacija videla nevidljivo!• Otkriće planete Neptun

1846. godine

• Nisu znali da postoji ali su osetili!– planeta Uran se nije

kretala kako treba usled gravitacije Neptuna


“Vera” u tamnu materiju

• Vera Cooper Rubin– Postdiplomske studije fizike na Cornell-u

- Hans Bethe i Richard Feynmann

– 1954. doktorira na Georgetown univerzitetu - George Gamow mentor

• 1965. na Karnegi institutu, Vašington,

počinje saradnju sa Kent-om Fordom• Istraživali zašto se spiralne

galaksije razlikuju • Ima veze sa rotacijom?25.03.2014. Tijana Prodanovic @ 10 Dana astronomije, Daruvar 5

Merenje rotacije galaksije

• Doplerov efekat– Izvor talasa (svetlost, zvuk itd.) se kreće – Talasna dužina se menja –

zavisi od brzine tela• Povećava – izvor ide od nas

– tzv. “crveni pomak”• Smanjuje – izvor ide ka nama

– tzv. “plavi pomak”

• Posmatramo svetlost (spektre) zvezda u galaksiji - tražimo “pomak” svetlosti


Naša galaksija – Mlečni put

Sadrži 400 milijardi zvezda!


Kretanje zvezda u galaksiji

• Zvezde rotiraju oko centra galaksije

• U centru – gusto - sve se rotira zajedno (“kruto telo”)

• Po ivicama – retko – rotiraju se kao Zemlja oko Sunca (“keplerovski”)

• Što je više materije unutar putanje to je rotacija brža!


To očekujemo ... • Zvezde ka periferiji galaksije treba da se kreću sporije nego one

u unutrašnjosti pošto je masa unutar orbite skoro konstantna

OČEKUJEMO VIDIMO


To očekujemo ... Ali!• Zvezde u galaksiji se kreću brže nego što

očekujemo na osnovu vidljive mase!

OČEKUJEMO VIDIMO


Problem jata

• Zvezde se grupišu u galaksije

• Galaksije se grupišu u jata

• Mlečni put je deo jata Lokalna Grupa - oko 30ak galaksija


• Švajcarski naučnik Fric Cviki

• Galaksije u jatima se kreću suviše brzo

• Jata bi se raspala

• Nešto ih drži na okupu?

“Cvikanje” od tamne materije


Šta sve to znači?• Kretanje zvezda i galaksija – gravitacija• Ali nije kako teorija kaže!• Ili teorija gravitacije ne valja!• Ili nam “fali” masa”• Rubin i Ford – vidljiva masa je samo 10% ukupne

mase galaksije!– Postoji masa u galaksijama i jatima galaksija koju ne

vidimo– Rezultat dugo nije bio prihvaćen – pogrešna merenja?

• Tek nakon još 10-ak godina...


Tamna materija

• Ime dao Zwicky

• Galaksije (i jata) su “uronjene” u tamnu materiju!

• 10 puta više tamne nego svetle materije!

• Masivna i slabo-interagujuća


Kako je videti?

• Ne vidi se ali ima masu!

• Ajnštajn - Masa krivi prostor oko sebe!


Masa krivi svetlost!

• Masa krivi prostor

• Svetlost putuje u krivom prostoru

• Svetlost se “krivi”


Gravitaciono sočivo• Galaksija/jato

koje je između je “sočivo”

• Više likova jednog istog objekta!

• I tamna i svetla materija “rade” kao sočivo!


Gravitaciono sočivo• Koliko će svetlost biti savijena zavisi od

mase koja se preprečila!


Gravitaciono sočivo na jatu galaksija• Žute “mrlje” – galaksije u jatu - sočivo

• Plavi lukovi –

više likova jedne

galaksije u pozadini


Gravitaciono sočivo “vidi” tamnu materiju

• Tamna materija dodaje masu u jatu

• Što više mase to jače “sočivo”

• Idemo u rikverc!• Iz sočiva koje vidimo

nađemo nevidljivo!• Plavičasta izmaglica

= slika tamne materije!


Sudar galaksija i tamna materija• Sudar jata galaksija -“Metak”

• Tamna i svetla materija se razdvajaju!


Plavo – raspored tamne materije rekonstruisano na osnovu gravitacionog sočivaCrveno – X-zračenje gasa svetle materije zagrejanog usled sudara

Ali šta je tamna materija?


Upoznajte kandidate:1. Tamna nebeska tela – MACHO-i (eng.

mačo, snagator)

2. Čestice• vrela (brza) tamna materija

• neutrini• hladna (spora) tamna materija

• WIMP-ovi (eng. slabić)

3. Ili ne razumemo gravitaciju – modifikovana gravitacija – nema potrebe za tamnom materijom


Kandidat: 1. MACHO-i

• Masivni kompaktni objekti haloa galaksije

• Obična materija (od koje smo mi sastavljeni)

• Slabo sija

Halo galaksije


MACHO-i: Crne rupe?

CrneMasivne

• Ali ...

• Samo smrt najvećih

zvezda daje crnu rupu

• Takvih zvezda ima malo

• A tamne materije ima puno

... NE


MACHO-i: Braon patuljci?

• “Neuspele” zvezde

• Tamni i mali

• “Vidimo” ih pomoću mikro-gravitacionog sočiva

• Al ne vidimo ih dovoljno!

... NE


Kandidat: 2. Čestice

• Masivne čestice koje slabo interaguju sa drugom materijom

• Ima ih puno i jako su “stidljive”

• Opcije– A) Vrela tamna materija

• Neutrini

– B) Hladna tamna materija • WIMP-ovi


Vrela tamna materija: Neutrini

• Vrela tamna materija – brze čestice, velikih energija

• Neutrini - elementarne čestice– Interaguju slabo– Mala masa al ih ima puno– Nastaju u ranom svemiru,u Suncu itd.

• Ali problem!– Vrela tamna materija otežava nastanak (jata)

galaksija– ne dozvoljala da se od onih prvih zgušnjenja u

svemiru formiraju galaksije jer su jako brzi – brzo se razlete – zgušnjenja se


Kandidat: 2. WIMP-ovi (eng. slabić)

• Hladna tamna materija

• Masivne čestice koje slabo interaguju sa drugom materijom

• Ima ih puno i jako su “stidljive”


WIMP-ovi: ???

• Znamo kakvi treba da budu

• Ali u zoološkom vrtu čestica koje znamo nema odgovarajućeg kandidata

• “Pogrešna” čestica sve pokvari


Higs i tamna materija?

• Higs bozon(i)– Čestica(e) koja nedostaje– Objašnjava masu drugih

čestica– 4. jula 2012. u CERN-u

objavljeno otkriće

• Više vrsta Higs bozona

u različitim teorijama

• Neke od njih predvidjaju i tamnu materiju25.03.2014. Tijana Prodanovic @ 10 Dana astronomije, Daruvar 31

SUSY, Higs i tamna materija• Teorija supersimetrije – SUSY

– Pokušaj ujedinjenja jake,

slabe i elektromagnetne

sile– Više Higs bozona sa

niskim masama– SUSY čestice – teški

partneri normalnih čestica– Najlakša SUSY čestica je stabilna (npr.

neutralino?) – tamna materija?


Lov na tamnu materiju

• Direktan

• Inidrektan

• Napravi je


Direktna detekcija

• Podzemni detektori

• Rasejanje tamne materije o tešku metu

• Posmatra se uzmak mete


Indirektna detekcija• Anihilacija tamne materije

može da emituje gama zračenje

• Iskopati signal tamne materije iz gama zračenja!


“Uradi sam”

• Proizvodnja tamne

materije u akceleratoru

• LHC* u CERN-u

• Ako zafali energije – tamna materija je stvorena i pobegla!


LOV SE NASTAVLJA...STAY TUNED!


in a galaxy far far away

Documents