Svemir koji nedostaje - - Priča Vere Rubin

Dr Tijana ProdanovićPMF, Univerzitet u Novom Sadu

05.11.2009. Tijana Prodanović - "Žene u astronomiji", Kolarac 1

Svemir koji nedostaje -Svemir koji nedostaje - - Priča Vere Rubin - Priča Vere Rubin


??

??

Svemir koji nedostaje“U spiralnim galaksijama odnos tamne prema

svetlog materiji je oko deset. Taj broj takođe približno opisuje odnos našeg neznanja i znanja. Izašli smo iz zabavišta, ali smo tek u trećem razredu”

Vera Rubino tamnoj materiji


Tamna materija

• Ne znamo tačno šta je ...

• Ali znamo da ispunjava svemir

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

4Tijana Prodanović - "Žene u astronomiji", Kolarac05.11.2009.

Vidimo gravitacijom!• Sve što ima masu (težinu)

ima i gravitaciju!

• Gravitacija privlači!

• Razbija vaze, drži nas na Zemlji, drži Zemlju oko Sunca ...

• (Njutnova) Gravitaciona sila

• I nevidljiva masa se vidi gravitacijom!


B iA izmedju rastojanje -

B odnosno A, telamasa - ,

2

r

mr

mmGF

BA

BAg

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 Cooper Rubin• Rođena 23. jula 1928. u Filadelfiji, SAD• Sa 10 godina postala fascinirana

zvezdama• Sa 14 god. napravila teleskop od kartona• 1948. diplomirala astronomiju na

prestižnom ženskom koledžu Vassar, SAD

• Na postdiplomske studije u Prinstonu su je odbili – nisu primali žene (sve do 1975!)


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

Hans Bethe i Richard Feynmann

• 1950. na konferenciji “American Astronomical Society” predstavlja svoj magistarski rad – Svemir se širi – svi objekti na istom rastojanju

imaju iste brzine udaljavanja

– Obližnje galaksije se ne udaljavaju ravnomerno od nas – znači svemir se nejednako širi?

– Kontraverza! Niko nije hteo da ga objavi!

– Danas – Veliki Atraktor - Supergalaktička ravan!

• 1954. doktorira na Georgetown univerzitetu - George Gamow mentor

05.11.2009. Tijana Prodanović - "Žene u astronomiji", Kolarac 8George Gamow(1904-1968)

Rubin i Ford• 1965. Departman zemaljskog

magnetizma na Karnegi institutu, Vašington, SAD

• Počinje saradnju sa Kent-om Fordom• Napravili izuzetno osetljiv

spektrometar• Istraživanje spiralnih

galaksija – zašto se razlikuju

po sjaju i strukturi?• Ima veze sa rotacijom?


1970. Kitt Peak, teleskop

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


Andromeda (M31) – prvi komšija

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 dalje to je sporije

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


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

OČEKUJEMO VIDIMO


Stručno: Kriva rotacije galaksije


r

GM2

Kriva rotacije - brzina rotacije u zavisnosti od rastojanja od centra galaksije.

Brzina ostaje skoro konstantna umesto da opada!?

• Isto kao u jatima galaksija!– Švajcarski naučnik Fric Cviki,

1933.– Galaksije u jatima se kreću

suviše brzo– Jata bi se raspala

I problem jata galaksija!


Dodatna masa?

Šta to znači?• Kretanje zvezda i galaksija – gravitacija

– Veća masa – jača gravitacija – veće brzine

• 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


Ali 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!

• Koliko će svetlost biti savijena zavisi od mase koja se preprečila! 20Tijana Prodanović - "Žene u astronomiji", Kolarac05.11.2009.

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!

... NE28Tijana Prodanović - "Žene u astronomiji", Kolarac05.11.2009.

Kandidat: 2. Čestice

• Masivne čestice koje slabo interaguju sa drugom materijom

• Ima ih puno i jako su “stidljive”

• Opcije– Vrela tamna materija

• Neutrini

– Hladna tamna materija • WIMP-ovi


Neutrini• Elementarne čestice• Interaguju slabo (asocijalni)• Ima ih puno (milioni prođu kroz vaš dlan svake

sekunde a ni ne osetite)• Nastali u ranom svemiru, prave se u zvezdama,

supernovama, ima ih na sve strane• Imaju masu, ali malu• Ali vrela tamna materija (brzi su, velike energije)

– 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)

• 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


Lov na tamnu materiju!• Akceleratori čestica

– LHC u CERN-u – veliki hadronski sudarač

• Gama teleskopi– tamna materija nekad emituje

gama zračenje

....

... LOV SE NASTAVLJA!


A Vera Rubin ...

• Konačno joj se (zajedno sa

Zwicky-jem) pripisuje otkriće tamne materije

• Ima 81 godinu• I dalje radi na Departmanu zemaljskog

magnetizma na Karnegi institutu u Vašingtonu, SAD

• http://www.dtm.ciw.edu/users/rubin/



Hvala!Hvala!

Pitanja?Pitanja?

Documents

Svemir koji nedostaje - - Priča Vere Rubin