Tijana Prodanović, Univerzitet u Novom SaduTijana Prodanović, Univerzitet u Novom SaduTamara Bogdanović, Georgia Institute of Technology

Dejan Urošević, Univerzitet u Beogradu

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

1

Posmatrački dokazi modela Velikog praska

I. Širenje svemira ~ T+1010 godII. Kosmičko pozadinsko zračenje ~ T+4x105

godIII. Nukleosinteza Velikog praska (BBN) ~

T+1 sec. Testira najraniju epohu!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

2

Velika temperatura, gustina, širenje Sinteza najlakših elemenata – D, 3He, 4He, 7Li Ko je brži – širenje ili reakcije (brže širenje –

manje vremena za nukleosintezu) Početni uslovi + fizika Dobijamo primordijalne zastupljenosti Poredimo sa posmatranjima Proveravamo fiziku i kosmologiju!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

3

PRIMORDIAL LHC

Schramm grafik Zastupljenost vs. gustina

bariona Krive: BBN predikcije 1σ greške – nuklearni

preseci reakcija Merimo zastupljenost –

očitamo gustinu bariona Merimo gustinu bariona –

očitamo zastupljenost Jednostavno!(?)

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

4

Cyburt et al. 2004, 2008

Nekada deuterijum za određivanje gustine bariona

Danas gustinu bariona određena iz CMB posmatranja

WMAP – Era kosmologije visoke preciznosti! CMB & BBN – testiramo kosmologiju! WMAP (Dunkley et al. 2008):

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

5

10

2100

10)17.023.6(

00062.002273.0

hb

WMAP – fiksira gustinu bariona

Teorija nukleosinteze dalje određuje primordijalne

Jednostavno! Šta kažu

posmatranja?

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

6

BBN teorijske krive CMB – barioni Posmatranja -

pravougaonici

4He – OK D – pun pogodak! 7Li – problem!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

7

Cyburt et al. 2003, 2008

Cyburt et al. 2008. Teorija (plavo) Posmatranja (žuto)

Litijum potpuno omašio!

Raskorak za faktor 3-4!

PROBLEM!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

8

problem litijuma

problem litijuma

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

9

Dva izotopa – 6 i 7 Proizvodnja 7Li

BBN kosmičko zračenje (recept: udarni talas, magnetno

polje, naelektrisane čestice) fuzija spalacija

u supernovama tipa II (neutrinski proces – spalacija u C omotaču usled neutrina – 11B, 10B i 7Li)

Proizvodnja 6Li kosmičko zračenje

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

10

LiBeBCNO,

Li7,6

p

Spite & Spite 1982 Zvezde niske

metaličnosti u halou (Skoro) Jednaka

zastupljenost Li ka niskim metaličnostima

Vrlo malo odstupanja! Primordijalni plato?

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

11

Lemoine 1997

Spite “plato” za faktor ~ 2- 4 niži od predviđene (CMB+BBN) primordijalne zastupljenosti

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

12

Asplund et al. 2006 1071.0

62.0

7

1024.5

pH

Li

1068.032.0

7

1023.1

obsH

Li

Uništavanje Li umesto očekivane post-BBN proizvodnje!?

Očekivan ali nizak

Asplund et al. (2006)

Neočekivan

7Li plato

6Li plato

6Li “plato”? Ne proizvodi se tokom BBN epohe! Post-BBN proizvodnja putem kosmičkog zračenja

(CR) Galaktičko CR - 6Li raste sa metaličnošću Kosmološko CR? – 6Li ne zavisi od metaličnosti

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

13

Kosmološko kosmičko zračenje Udarni talasi tokom formiranja

struktura (npr. Dobardžić & Prodanović 2012)

Primordijalan sastav – samo H & He

Proizvode Li (6,7) bez nastanka drugih elemenata (Be & B) tipičnih za GCR

Ovako stvoren Li bi kontaminirao primordijalan sastav Li u zvezdama haloa (Suzuki & Inoue 2002)

Još veće odstupanje!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

14

Miniati et al. 2000

Merene zastupljenosti su ispod očekivanih u velikom opsegu niskih metaličnosti

Kako ravnomerno uništiti Li u različitim zvezdama na različitim metaličnostima?

Da li je 6Li plato zaista “plato” i zaista tu? Kontaminacija usled drugih izvora 6,7Li ?

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

15

Posmatranja? Merene

zastupljenosti pogrešne?

Problem sa modeliranjem zvezdanih atmosfera?

Teorija? Merene

zastupljenosti tačne? Naći način da se Li

uništi pre no što uđe u zvezde

Nova fizika?

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

16

Odlična u međuzvezdanoj sredini! Oba izotopa jasno odvojena

Komplikovano u zvezdama 6Li unosi samo malu asimetriju na liniju 7Li – iz toga

dobijamo odnos zastupljenost i ovih izotopa

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

17

7Li 6Li

Knauth et al. 2002

Asplund et al. 2006

Apsorpcione linije u zvezdanim atmosferama Modeliranje! Ne-LTE, 1D vs. 3D

Li u glavnom jonizovan u atmosferama Mora se odrediti Li II/Li I odnos Osetljivo na temperaturu

Rešenje Li problema zahteva mnogo veću temperaturu? ΔT ~ 500-600K? Utiče na druge elemente (Be, B, O) Casagrande et al. 2010 – nova, detaljna procena T

skale daje ΔT ~ 200K

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

18

Litijum se lako sagoreva u zvezdama

Konvekcija uništava! Površinski materijal meša se u dublje slojeve – Li se

sagoreva Ako se 7Li sagoreva – 6Li se sagoreva još više!

Ali nedovoljno i neuniformno! Različite zvezde – različite konvektivne zone Javilo bi se odstupanje od “platoa”! Zvezde niže metaličnosti imaju pliće konvektivne zone!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

19

HeDLiT

HepLiT466

476

2102

2105.2

Problem litijuma i dalje prisutan Bez ikakvog konvencionalnog rešenja...za

sada Problem 7Li se mora rešiti bez da se stvore

drugi problemi za druge lake elemente! Bonus: Isto rešenje kojim se uništava 7Li

može biti novi 6Li? Uticaj tamne materije tokom BBN epohe?

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

20

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

21

Uskoro!Uskoro!

Naći novu sredinu za merenje Li! High Velocity Clouds (Prodanovic & Fields 204)

(U nekima) Niska metaličnost (~ 10% solarne) Malo prašine Bez komplikacija sa stelarnim modelovanjem Nezavisan test pre-galaktičke proizvodnje Li

Ali visoka jonizacija, niska gustina, teško za merenje

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

22

Nova sredinu za merenje Li! Mali Magelanov oblak (Howk et al 2012)

Metaličnost ~ 0.20 solarne Izmerena zastupljenost Li u gasnoj fazi (i

izotopski odnos!) Nezavisan test problema

litijuma!

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

23

Howk et al. 2012, Nature Merena zastupljenost u skladu sa teorijskom

primordijalnom vrednošću (iznad merenog platoa)

Problem Li usled zvezdanog modeliranja? Malo prostora za proizvodnju Li kosmičkim zračenjem post-BBN

7/12/2011Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs

24

bliski prolazibliski prolazi

Interakcije, sudari i bliski prolazi utiču na morfologiju galaksija

Posebno jak efekat na male satelitske galaksije pod dejstvom uticaja velike (npr SMC & MW)

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

25

Interakcije galaksija – jaki udarni talasi na velikim skalama (npr. Cox et al. 2006)

Bliski prolazi galaksija – plimski udarni talasi “Magelanov mlaz” posledica plimske

interakcije Malog i Velikog magelanovog oblaka pre ~ 2Gyr? ( Diaz & Bekki 2012)

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

26

Udarni talas + magnetno polje = plimsko kosmičko zračenje (TCR)

Nukleosinteza – proizvodnja LiBeB Ali ako sistem niske metaličnosti

nema CNO proizvodnja samo 6,7Li

Dovoljno energije u grav. interakciji

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

27

erg10~ 58, MWSMCkinE

erg102~ 56

,6 SMCLi

E

Koliko Li može da nastane u ovakvim interakcijama?

Jednostavan model – poredimo sa udarnim talasima supernovih

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

28

• Kratko i intenzivno ubrizgavanje kosmičkog zračenja•Udarni talas na velikoj skali•Nije praćeno povećanjem metaličnosti

• Konstantno ubrizgavanje kosmičkog zračenja•Udarni talas na maloj skali•Praćeno povećanjem metaličnosti

vs

TCR GCR

Ako LiTCR = LiGCR

koliki TCR fluks je potreban? kolika treba da bude skala plimskog talasa?

Ukupna masa gasa preko koje treba plimski talas da predje u odnosu na ukupnu masu gasa u sistemu

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

29

CRCRISMNnN Li

TCR

GCRSNRISMTCR

solSN

sol

gas

gasTCR

pc

R

cm

n

yry

y

M

M

M

M

3

3

1

9,Fe

Fe

,Fe

,

10110

2.08

masa Fe koju izbaci 1 supernova

metaličnost sistema

životni vek TCR populacije

koncentracija gasa sistema

SNR poluprecnik do kog se čestice efikasno ubrzavaju

efikasnost ubrzanja čestica u udarnom talasu

Za solarnu metaličnost, čitav sistem treba biti 8 puta izložen plimskim talasima da TCR proizvedu istu količinu Li kao GCR!

SMC (metaličnost ~ 1/5 solarne) Samo 2 interakcije dovoljne da TCR naprave

istu količinu litijuma kao GCR!

SMC pretrpeo bar 2 interakcije sa LMC i 1 sa MW!

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

30

2,, SMCgasgasTCR MM

Ako TCR nisu bili prisutni u SMC Očekivani izotopski odnos je

Ako je značajna količina ukupne Li zastupljenost u SMC poreklom od TCR Izotopski odnos biće

Izmereni izotopski odnos (Howk et al. 2012)

Naš model je u saglasnost sa posmatranjima!

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

31

1.0LiLi ,76 TCRGCRSMC

06.0LiLi ,76 GCRSMC

05.013.0LiLi ,76 obsSMC

Ako je značajna količina ukupne Li zastupljenost u SMC poreklom od TCR Li izmeren u SMC gasu nije reprezentativan za

primordijalnu vrednost i poređenje sa MW – korekcija na dole!

Li problem ostaje! Rešenje u

nestandardnoj fizici?

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

32

Pojačana radio emisija zbog prisustva TCR očekuje se jaka sinhrotronska emisija na vremenskoj

skali ~ 107 yr Napomena: udarni talasi izazvali bi i intenzivnije

formiranje zvezda – naknadno veći fluks standardnog GCR, ali vremenska skala duža

Uočena pojačana radio emisija u interagujući sistemu M51! pogotovo izraženo kod manje interagujuće komponent! TCR uhvaćeni na delu?

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

33

Whirpool, M51

Problem litijuma i dalje nerešen Li meren u zvezdama haloa – komplikovano Neophodno nezavisno merenje u gasu Li meren u SCM gasu, 1/5 solarne metaličnosti

U skladu sa teorijskom primordijalnom vrednošću ali malo mesta za

post-BBN proizvodnju Li Ukazuje da je problem u

modeliranju zvezda?

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

34

SMC je “preživeo” nekoliko

bliskih prilaza sa LMC i MW Bliski prilazi rezultuju plimskim udarnim talasima Plimsko kosmičko zračenje (TCR) Koliko Li mogu TCR da naprave? (Prodanović, Bogdanović & Urošević 2012)

2 bliska prilaza dovoljna da TCR naprave istu količinu Li kao GCR tokom istorije! u skladu sa merenim izotopskim odnosom! u skladu sa radio emisijom interagujućih sistema!?

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

35

Interagujući sistemi Veliki uticaj na manju interagujuću komponentu Nova populacija kosmičkog zračenja Nov izvor litijuma

SMC merenja Li I Li u halo zvezdama i u SMC gasu niži od

očekivane primordijalne vrednosti Ukazuje na novu fiziku!?

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

36

Tijana Prodanović prodanvc@df.uns.ac.rs

Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012.

37