Projekt Brána do vesmíru Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o. Krajská hvezdáreň v Žiline
Reliktní gravitační vlny? Petr Kulhánek České vysoké učení technické v Praze Hvězdárna a planetárium hl. m. Prahy Aldebaran Group for Astrophysics kulhanek@aldebaran.cz www.aldebaran.cz
gravitační vlny inflační model reliktní záření polarizace
Pokřivený svět 1916: vznik OTR zakřivení prostoru zakřivení času zakřivení časoprostoru
Gravitační vlny nenulový kvadrupólový moment dva mody skloněné o 45 vlní se sám prostoročas g h c 1 2 t 2 2 h 0
Zdroje gravitačních vln podvojné zdroje (BH-BH; BH-NS, NS-NS), f ~ 1 khz zábleskové zdroje (gravitační kolaps, supernovy,...) seismické projevy hvězd (magnetary, NS) periodické signály (rotace osově nesymetrických objektů - NS) stochastické signály (z prvních okamžiků existence vesmíru) reliktní gravitační vlny
Spojení dvou černých děr, numerická simulace
Detekce gravitačních vln 1916: Albert Einstein předpověď vln 1966: Joseph Weber první pokusy o detekci 1993: Russel Hulse a Joseph Taylor PSR 1913+16 2002: LIGO 2025: LISA NGO Russel Hulse (1950) A. Einstein (1879 1955) J. Weber (1919 2000) Joseph Taylor (1941)
1966 Weberovy válce d = 66 cm l = 153 cm m = 1.4 tuny f = 1 660 Hz L = 1 000 km (Mariland Aragon) hliník
PSR 1913+16 stáčení periastra 4 za rok!!! relativistický Dopplerův jev červený gravitační posuv dilatace času způsobená oběhem stáčení světelných paprsků zkracování periody (vyzařování gravitačních vln) 1974 Arecibo 1993 R. Hulse, J. Taylor Nobelova cena Russel Hulse (1950) Joseph Taylor (1941) M 1 = 1,44 M S M 2 = 1,39 M S P R = 0,059 s P O = 7h 45 min d = 700 000 km
Detektory Detektor Umístění Velikost Provoz MARK 2 USA (Pasadena) 40 m 1991 TAMA 300 Japonsko (Tokyo) 300 m 1999 GEO 600 Německo (Hannover) 600 m 2000 LIGO USA (Hanford, Livingstone) 4 km 2002 2010 2014 Advanced VIRGO Itálie (Pisa) 3 km 2007 2015 Advanced LISA oběžná dráha kolem Slunce 5 000 000 km 2015? nebude NGO oběžná dráha kolem Slunce 1 000 000 km 2025
LIGO Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory
LIGO Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory Handford (Washington, CALTECH), Livingston (Lousiana, MIT) l = 4 km d = 120 cm dl = 10 18 m p = 1,3 10 6 Pa h = 10 22 f = 40 Hz 2000 Hz laser: Nd:Yag, 10 W úplný provoz: 2002
LIGO Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory
LIGO Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory
VIRGO Cascina, 10 km od městečka Pisa, Itálie, ramena 3 km filtr
LISA
LISA reakce interferometru na obě polarizace
LISA
NGO
gravitační vlny inflační model reliktní záření polarizace
Problémy standardního modelu problém počáteční singularity problém Planckových škál problém plochosti Vesmíru problém horizontu problém baryonové asymetrie problém magnetických monopólů problém počátečních fluktuací nutných k tvorbě galaxií dr/r ~10-59!! l P = (hg/c 3 ) 1/2 ~ 10-35 m t P = (hg/c 5 ) 1/2 ~ 10-43 s m P = (hc/g) 1/2 ~ 10-8 kg E P = (hc 5 /G) 1/2 ~ 10 19 GeV ~ 10 9 J
Historie inflačního modelu Alan Guth, 1979 první inflační scénář Andrej Linde, Paul Steinhardt a Andreas Albrecht, 1982 nový inflační scénář Andrej Linde, Vilenkin, 1983 chaotická inflace Andrej Linde, 1986 chaotická inflace s kvantovými fluktuacemi
První inflační scénář Alan Guth, 1979 R(t) 2 / 3 t éra látky v R 2 8 G r 3 k R 2 1/ 2 t éra záření t 2 dr dt 8 G r R 3 0 Alan H. Guth MIT 3 2/3 r ~ 1/ R R( t) ~ t hmota 4 1/2 r ~ 1/ R R( t) ~ t záření t r ~ const Rt ( ) ~ e vakuová hustota energie
První inflační scénář konstantní hustota exponenciální expanze záporný tlak fázový přechod rozpad falešného vakua (skal. polí) oscilace kolem minima energie znovu ohřátí Vesmíru vznik horké polévky elem. částic standardní kosmologie začíná
První inflační scénář Zachování energie: energie vzniklých částic @ gravitační energie Život na dluh: bude splacen až na konci Vesmíru T c 10 27 K? t 10 35 s? E 10 15 GeV? narušení GUT?? E @ (kt c ) 4 @10 56 10 60 GeV t @ 10 37 s S @ S 0 10 87 R @ R 0 10 29 Po inflaci: r/r c @ 1±10 58 Dnes: r/r c @ 1±10 6 problém horizontu problém plochosti problém monopólů z čeho vznikly všechny částice (10 90 )?
První inflační scénář potíže nutnost tunelování potenciálovou bariérou pomalý vznik bublin, obtížné spojování vzniká silně nehomogenní Vesmír?? Jiný tvar potenciálu??
Nový inflační scénář Andrej Linde, Paul Steinhardt a Andreas Albrecht, 1982 Colemanův-Weinbergův potenciál pro Higgsovo pole velmi plochá bariéra vzniká málo bublin nebo jen jediná Andrej Linde
Chaotická inflace Chaotické počáteční podmínky Nepotřebuje plató v potenciálu (netřeba falešné vakuum!) Postačí parabolický potenciál V = ½ m 2 Počáteční hodnota musí být dosti velká ( 0 > 3 m P ) Co způsobuje inflaci? Inflatonové pole??
gravitační vlny inflační model reliktní záření polarizace
Planck zrcadlo: 1,9 1,5 m hmotnost zrcadla 28 kg!!! sonda: 4,2 4,2 m hmotnost: 1800 kg úhlové rozlišení: 5 obor: mikrovlny až submilimetry tepelné rozlišení: 2 μk životnost: 15 měsíců teplota: 273,05 C cena: 700 milionů 1 pasivní chladič (vyzařováním) 3 aktivní chladiče: 20 K Jet Propulsion Laboratory, USA 4 K Rutherford Appleton Laboratory, UK 0,1 K Institut Néel, Grenoble
LFI detektor FEM (Front End Module) BEM (Back End Module) OMT (orthomode transducer)
Planck, po roce (červenec 2010)
Planck (2013)
SPT ACT
Parametr Planck stáří vesmíru 13,8 10 9 let trvání Velkého třesku 380 000 let Hubblova konstanta 67 km s 1 Mp 1 množství atomární látky 4,9 % množství temné hmoty 26,8 % množství temné energie 68,3 %
gravitační vlny inflační model reliktní záření polarizace
gravitační vlny mohly unikat od prvopočátečního období inflace (počátek plus 10 35 sekund) reliktní záření počátek plus 400 000 let světlo gravitační vlny polarizují reliktní záření nyní počátek plus 14 miliard let
Polarizace fluktuací CMB
Polarizace fluktuací CMB Při měření polarizace je možné oddělit tzv. E mody způsobené fluktuacemi hustoty a B mody způsobené gravitačními vlnami! skalární fluktuace (hustota): E mód vektorové fluktuace (struny, defekty): B mód tenzorové fluktuace (gr. vlny): E, B mód vznik hvězd (reionizace) P symetrie CPT symetrie gravitační vlny
South Pole Telescope + BICEP2
BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) 4 K 512 TES senzorů 150 GHz apertura 26 cm stínění 8 m 4 GB dat za den
BICEP2
BICEP2 červená: modrá: + R = T/S = 0,2 se σ = 3. Korelace 7,7 σ s IR mapou fluktuací z Herschel/Spire
Andrej Linde po objevu
Budoucnost: Planck
Budoucnost: ALMA
Budoucnost: Atacama Cosmology Telescope (2007) průměr 6 m (71 segmentů) sekundár 2 m (11 segmentů) skenování 5 (2 za sec) 145 GHz, 215 GHz, 280 GHZ 3 pole 1024 pixelů supravodivé detektory TES
Děkuji za pozornost