Reliktní záření a jeho polarizace. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky

Podobné dokumenty
Naše představy o vzniku vesmíru

Kroužek pro přírodovědné talenty při Hvězdárně Valašské Meziříčí Lekce XXX. Kosmologie

VY_32_INOVACE_FY.19 VESMÍR

Vesmír - z ruského slova весь мир (ves mir celý svět ) z doby národního. Kosmos - z řeckého κόσμος = ozdoba, šperk; později také vše uspořádané,

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

Vznik vesmíru (SINGULARITA) CZ.1.07/1.1.00/ Zpracovala: RNDr. Libuše Bartková

Vesmír - z ruského slova весь мир (ves mir celý svět ) z doby národního. Kosmos - z řeckého κόσμος = ozdoba, šperk; později také vše uspořádané,

Charakteristiky optického záření

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Stručný úvod do spektroskopie

Kosmologické kapitoly. Jan Novotný, Jindřiška Svobodová Pedagogická fakulta Masarykova universita, Brno,

Kosmologické kapitoly. FY2BP_KOS2 Vybrané kapitoly z kosmologie FY2BP_KOSM Kosmologie podzim 2016

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Einsteinových. podle množství. dá snadno určit osud vesmíru tři možné varianty

Světlo jako elektromagnetické záření

Profilová část maturitní zkoušky 2017/2018

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Postupné, rovinné, monochromatické vlny v lineárním izotropním nemagnetickém prostředí

Kosmologie II. Zdeněk Mikulášek, Základy astronomie + U3V, 10. května 2018

Radomír Šmída: Reliktní záření

Úvod do laserové techniky

Všechny galaxie vysílají určité množství elektromagnetického záření. Některé vyzařují velké množství záření a nazývají se aktivní.

FYZIKA II. Marek Procházka 1. Přednáška

Virtual Universe Future of Astrophysics?

VZNIK FYZIKY, CHEMIE A BIOLOGIE, ANEB VELKÝ TŘESK ZA VŠECHNO MŮŽE

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Reliktní záření. Radomír Šmída. Záhadný mikrovlnný šum. Vznik reliktního záření

Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený

Přednáška č.14. Optika

Za hranice současné fyziky

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

(Umělé) osvětlování pro analýzu obrazu

Od kvarků k prvním molekulám

Dějiny vesmíru. v kostce. Zdeněk Mikulášek, Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Rovinná monochromatická vlna v homogenním, neabsorbujícím, jednoosém anizotropním prostředí

Struktura a vývoj vesmíru. Úvod: kosmologie jako věda o vesmíru jako celku

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

Chemické složení vesmíru

Maturitní témata fyzika

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 26. březen 2015

Úvod do laserové techniky

Vznik a šíření elektromagnetických vln

Nobelovy ceny za fyziku 2011 a 2006

V příspěvku představím kurz Kosmologie, který nabízíme studentům učitelství Kosmologie se vždy dotýkala témat, která jsou i doménou filozofie,

VZNIK FYZIKY, CHEMIE A BIOLOGIE, ANEB MŮŽE

Funkce expanze, škálový faktor

7 FYZIKÁLNÍ OPTIKA. Interference Ohyb Polarizace. Co je to ohyb? 27.2 Ohyb

Astronomie. Astronomie má nejužší vztah s fyzikou.

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Tabulace učebního plánu. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Fyzika. Ročník: I.ročník - kvinta

B. Hvězdy s větší hmotností spalují termojaderné palivo pomaleji,

13. Spektroskopie základní pojmy

Optika pro mikroskopii materiálů I

Pozorování Slunce s vysokým rozlišením. Michal Sobotka Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov

APO seminář 5: OPTICKÉ METODY v APO

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P05 MECHANICKÉ VLNĚNÍ

Vesmír. Studijní text k výukové pomůcce. Helena Šimoníková D

Hvězdy se rodí z mezihvězdné látky gravitačním smrštěním. Vlastní gravitací je mezihvězdný oblak stažen do poměrně malého a hustého objektu

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

po kosmologii 20. století

Rovinná harmonická elektromagnetická vlna

Koróna, sluneční vítr. Michal Švanda Sluneční fyzika LS 2014/2015

Milníky kosmologie KOSMOLOGIE. Expanze vesmíru ASTRONOMIE A FYZIKA SOUVISLOSTI

Jak starý je vesmír? ( ± 0.021) x 10 9 let (družice Planck) odhad pomocí Hubbleovy konstanty

Gymnázium, Havířov - Město, Komenského 2 MATURITNÍ OTÁZKY Z FYZIKY Školní rok: 2012/2013

Theory Česky (Czech Republic)

Světlo x elmag. záření. základní principy

VZNIK FYZIKY, CHEMIE A BIOLOGIE, ANEB MŮŽE

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Učební texty z fyziky 2. A OPTIKA. Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů. V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití

ČÁST V F Y Z I K Á L N Í P O L E. 18. Gravitační pole 19. Elektrostatické pole 20. Elektrický proud 21. Magnetické pole 22. Elektromagnetické pole

Jaký je náš vesmír? Petr Kulhánek Univerzita Palackého Přírodovědecká fakulta

Polarizace světla nástroj k identifikaci materiálů

Polarizace čtvrtvlnovou destičkou

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

Zajímavé vlastnosti sluneční atmosféry: magnetická a rychlostní pole

Neživá příroda I. Optické vlastnosti minerálů

Hvězdný vítr. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Masarykova univerzita, Brno

Zeemanův jev. 1 Úvod (1)

Temná hmota in flagranti

Sluneční dynamika. Michal Švanda Astronomický ústav AV ČR Astronomický ústav UK

Příklady Kosmické záření

ELEKTROMAGNETICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

O původu prvků ve vesmíru

Proč studovat hvězdy? 9. 1 Úvod Energetické úvahy Zjednodušení použitá při konstrukci sférických modelů Model našeho Slunce 15

Slunce zdroj energie pro Zemi

Měření a analýza mechanických vlastností materiálů a konstrukcí. 1. Určete moduly pružnosti E z ohybu tyče pro 4 různé materiály

DPZ - IIa Radiometrické základy

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Kosmické záření a Observatoř Pierra Augera. připravil R. Šmída

Maturitní témata profilová část

Jiří Grygar: Velký třesk za všechno může... 1/ 22

Urychlování částic ve vesmíru aneb záhadné extrémně energetické kosmické záření

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Kvadrát celková energie částice je dána součtem kvadrátu její kinetické energie a kvadrátu klidové energie v důsledku její hmotnosti,

Transkript:

Reliktní záření a jeho polarizace Jiří Krtička Ústav teoretické fyziky a astrofyziky

Proč je obloha temná? v hlubohém lese bychom v každém směru měli vidět kmen stromu.

Proč je obloha temná? pokud jsou hvězdy rozmístěny rovnoměrně, potom bychom v každém směru měli vidět povrch hvězdy (Olbersův paradox)

Proč je obloha temná? důsledek konečné rychlosti světla a konečného stáří vesmíru

Proč je obloha temná? důsledek konečné rychlosti světla a konečného stáří vesmíru obloha není zcela temná, září v oboru mikrovln: reliktní záření

Cesta k objevu reliktního záření 1915 Albert Einstein: formulace obecné teorie relativity (teorie gravitace) 1922 32 Friedmann, Lemaître, Einstein, DeSitter: modely rozpínajícího se vesmíru 1929 Edwin Hubble: pozorování rozpínajícího se vesmíru 1948 Alpher, Gamow: horká počáteční fáze vesmíru 1948 Alpher, Herman: předpověd reliktního záření 1960 Zeldovič, Dicke: nezávislá předpověd 1964 Doroševič, Novikov: možnost detekce 1964 Dicke, Wilkinson, Roll: konstrukce radiometru 1964 Penzias, Wilson: objev reliktního záření

Mezníky studia reliktního záření 1941 Adams, McKellar: "rotační teplota" mezihvězdného prostředí 2 K 1954 Èmile Le Roux: radiové záření s teplotou 3 K 1957 Tigran Šmaonov: radiové pozadí, teplota 4 K 1961 3 Ohm, Jakes (Bellovy laboratoře): radiový šum 1992 COBE: fluktuace reliktního záření (RELIKT-1) 2001 10 WMAP: precizní kosmologie 2009 2013 PLANCK: vysoké rozlišení 2014 BICEP2: polarizace v důsledku prvotních gravitačních vln

Stručná historie reliktního záření vesmír vznikl před13,799±0,021 10 9 let

Stručná historie reliktního záření vesmír vznikl před13,799±0,021 10 9 let na počátku byl vesmír velmi horký, s rozpínáním se ochlazoval

Stručná historie reliktního záření vesmír vznikl před13,799±0,021 10 9 let na počátku byl vesmír velmi horký, s rozpínáním se ochlazoval látka byla ionizovaná, stejná teplota baryonové látky a záření (udržovaná například reakcemi typu H + + e H+γ)

Stručná historie reliktního záření vesmír vznikl před13,799±0,021 10 9 let na počátku byl vesmír velmi horký, s rozpínáním se ochlazoval látka byla ionizovaná, stejná teplota baryonové látky a záření (udržovaná například reakcemi typu H + + e H+γ) zhruba 380 000 let po velkém třesku je vesmír natolik chladný (T 3000 K), že dochází k rekombinaci vodíku H + + e H+γ

Stručná historie reliktního záření vesmír vznikl před13,799±0,021 10 9 let na počátku byl vesmír velmi horký, s rozpínáním se ochlazoval látka byla ionizovaná, stejná teplota baryonové látky a záření (udržovaná například reakcemi typu H + + e H+γ) zhruba 380 000 let po velkém třesku je vesmír natolik chladný (T 3000 K), že dochází k rekombinaci vodíku vesmír se velmi rychle stává průhledným, reliktní záření přestává interagovat s hmotou

Stručná historie reliktního záření vesmír vznikl před13,799±0,021 10 9 let na počátku byl vesmír velmi horký, s rozpínáním se ochlazoval látka byla ionizovaná, stejná teplota baryonové látky a záření (udržovaná například reakcemi typu H + + e H+γ) zhruba 380 000 let po velkém třesku je vesmír natolik chladný (T 3000 K), že dochází k rekombinaci vodíku vesmír se velmi rychle stává průhledným, reliktní záření přestává interagovat s hmotou reliktní záření sebou nese informaci o stavu vesmíru 380 000 let po velkém třesku

Izotropie a teplota reliktního záření v době vzniku reliktního záření byl vesmír homogenní a izotropní svysokou přesností je i reliktní záření izotropní

Izotropie a teplota reliktního záření B ν (T) [10 17 W m 2 s 1 ] 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Planckova funkce pozorování (COBE) 1 2 3 4 5 6 ν [10 11 s 1 ] teplotní rozložení odpovídá Planckově funkci s teplotout=2.7255±0.0006 K

A přece se pohybuje! Mělo by být reliktní záření opravdu izotropní? Země se pohybuje kolem Slunce

A přece se pohybuje! Mělo by být reliktní záření opravdu izotropní? Země se pohybuje kolem Slunce Slunce obíhá kolem středu Galaxie

A přece se pohybuje! Mělo by být reliktní záření opravdu izotropní? Země se pohybuje kolem Slunce Slunce obíhá kolem středu Galaxie Galaxie gravitačně interaguje s galaxí M31 Galaxie gravitačně interaguje s dalšími blízkými galaxiemi, především s kupou galaxií v Paně

A přece se pohybuje! Mělo by být reliktní záření opravdu izotropní? Země se pohybuje kolem Slunce Slunce obíhá kolem středu Galaxie Galaxie gravitačně interaguje s galaxí M31 Galaxie gravitačně interaguje s dalšími blízkými galaxiemi, především s kupou galaxií v Paně

A přece se pohybuje! Mělo by být reliktní záření opravdu izotropní? Země se pohybuje kolem Slunce Slunce obíhá kolem středu Galaxie Galaxie gravitačně interaguje s galaxí M31 Galaxie gravitačně interaguje s dalšími blízkými galaxiemi, především s kupou galaxií v Paně pohyb sluneční soustavy vůči "vesmírné vztažné soustavě" by měl způsobovat dipólovou anizotropii reliktního záření

A přece se pohybuje! dipólová anizotropie reliktního záření, změna intenzity v řádu10 3 ( T(ϑ)=T 0 1+ T ) cosϑ, T 0 T T 0 10 3 v c

A přece se pohybuje! povrch Země v tzv. Mollweidově zobrazení

A přece se pohybuje! dipólová anizotropie reliktního záření, změna intenzity v řádu10 3 pohyb sluneční soustavy v Galaxii a Galaxie (gravitační interakce s blízkými galaxiemi)

A přece se pohybuje! pohyb rychlostí369 km s 1 směrem k rozhraní souhvězdí Lva a Poháru (30 od kupy v Paně)

Po odečtení pohybu Slunce... záření mezihvězdného prachu především v rovině Galaxie

Po odečtení mezihvězdné látky... fluktuace teploty reliktního záření, amplituda řádově10 5 K

Po odečtení mezihvězdné látky... fluktuace teploty reliktního záření způsobené hlavně nehomogenním rozložením hmoty (fotony procházejí místy s různým gravitačním potenciálem), Sachsův Wolfův jev

Po odečtení mezihvězdné látky... fluktuace teploty reliktního záření způsobené hlavně nehomogenním rozložením hmoty: husté oblasti chladnější

Po odečtení mezihvězdné látky... fluktuace teploty reliktního záření odráží prvotní nehomogenity hustoty hmoty ve vesmíru, které daly vzniknout pozorované struktuře vesmíru

Po odečtení mezihvězdné látky... fluktuace teploty reliktního záření

Po odečtení mezihvězdné látky... fluktuace teploty reliktního záření nejdůležitější kosmologické pozorování

Reliktní záření ostře sledované spektrální rozložení (intenzita, teplota) prostorové rozložení (odchylky od izotropie, teplotní fluktuace)

Reliktní záření ostře sledované spektrální rozložení (intenzita, teplota) prostorové rozložení (odchylky od izotropie, teplotní fluktuace) polarizace

Polarizace záření reliktní záření je elektromagnetické záření kmitají vektory intenzity elektrického a magnetického pole kolmo ke směru šíření B směr šíření E vlnová délka

Polarizace záření polarizace je dána orientací kmitání vektoru elektrické intenzity elektromagnetické vlny rozložení intenzity na dvě kolmé složky (např.e x,e y ), fázový rozdíl mezi nimi ϕ polarizované záření: stálý fázový rozdíl ϕ, speciální případy: lineární polarizace: ϕ = nπ kruhová polarizace: ϕ =(2n + 1)π/2 (pravotočivá, levotočivá) nepolarizované záření: ϕ se mění nahodile částečně polarizované záření: směs polarizovaného a nepolarizovaného záření

Polarizace: zdroj informací polarizace záření nese informaci o zdroji záření prostředí, kterým záření prochází většina zdrojů vydává nepolarizované světlo k polarizaci dochází např. odrazem, lomem, rozptylem, dvojlomem

Polarizace: zdroj informací polarizace záření nese informaci o zdroji záření prostředí, kterým záření prochází většina zdrojů vydává nepolarizované světlo k polarizaci dochází např. odrazem, lomem, rozptylem, dvojlomem modré světlo oblohy částečně polarizované optická aktivita látek: stáčení roviny polarizovaného světla: měření koncentrace polarizační brýle (3D obraz)

Polarizace v astronomii Zeemanův jev: polarizace záření v čarách v přítomnosti magnetického pole měření magnetického pole polarizace v důsledku rozptylu záření na volných elektronech: studium asymetrických obálek hvězd

Je reliktní záření polarizované? zdroj záření: tepelný žádnou polarizaci neočekáváme

Je reliktní záření polarizované? zdroj záření: tepelný žádnou polarizaci neočekáváme polarizace v důsledku rozptylu záření na volných elektronech (mezigalaktická látka ionizovaná)

Je reliktní záření polarizované? zdroj záření: tepelný žádnou polarizaci neočekáváme polarizace v důsledku rozptylu záření na volných elektronech (mezigalaktická látka ionizovaná) akustické fluktuace hustoty

Je reliktní záření polarizované? zdroj záření: tepelný žádnou polarizaci neočekáváme polarizace v důsledku rozptylu záření na volných elektronech (mezigalaktická látka ionizovaná) akustické fluktuace hustoty prvotní gravitační vlny

Je reliktní záření polarizované? zdroj záření: tepelný žádnou polarizaci neočekáváme polarizace v důsledku rozptylu záření na volných elektronech (mezigalaktická látka ionizovaná) akustické fluktuace hustoty prvotní gravitační vlny lineární polarizace

Polarizace reliktního záření: e rekombinace vodíku 380 000 let po velkém třesku (vznik reliktního záření): látka ve vesmíru neionizovaná

Polarizace reliktního záření: e rekombinace vodíku 380 000 let po velkém třesku (vznik reliktního záření): látka ve vesmíru neionizovaná látka v mezigalaktickém prostředí v současné době: ionizovaná v minulosti došlo k opětovné ionizaci (reionizaci) mezigalaktické látky

Polarizace reliktního záření: e rekombinace vodíku 380 000 let po velkém třesku (vznik reliktního záření): látka ve vesmíru neionizovaná látka v mezigalaktickém prostředí v současné době: ionizovaná v minulosti došlo k opětovné ionizaci (reionizaci) mezigalaktické látky docházelo k rozptylu reliktního záření na volných elektronech pocházejících z období reionizace vesmíru polarizace reliktního záření

Polarizace reliktního záření: e docházelo k rozptylu reliktního záření na volných elektronech pocházejících z období reionizace vesmíru polarizace reliktního záření e

Polarizace reliktního záření: e docházelo k rozptylu reliktního záření na volných elektronech pocházejících z období reionizace vesmíru polarizace reliktního záření polarizace reliktního záření v sobě skrývá informaci o období reionizace

Polarizace reliktního záření: e docházelo k rozptylu reliktního záření na volných elektronech pocházejících z období reionizace vesmíru polarizace reliktního záření WMAP: detekce polarizace reliktního záření

Polarizace reliktního záření: e docházelo k rozptylu reliktního záření na volných elektronech pocházejících z období reionizace vesmíru polarizace reliktního záření PLANCK: omezení na období, kdy docházelo k opětovné ionizaci (zhruba 400 000 let po velkém třesku) + detekce fluktuací polarizace

Odlišení: hustota vlny rozložení polarizace na tzv. E a B mód E mód: obdoba elektrického pole (potenciálové) B mód: obdoba magnetického pole (vírové)

Odlišení: hustota vlny rozložení polarizace na tzv. E a B mód E mód: obdoba elektrického pole (potenciálové) B mód: obdoba magnetického pole (vírové) akustické hustotní vlny: E mód prvotní gravitační vlny: E i B mód

Polarizace reliktního záření: vlny gravitační vlny pocházající z inflační fáze vývoje vesmíru také mohly vést k polarizaci reliktního záření (E i B mód polarizace)

Polarizace reliktního záření: vlny gravitační vlny pocházající z inflační fáze vývoje vesmíru také mohly vést k polarizaci reliktního záření (E i B mód polarizace) experiment BICEP2: detekce gravitačních vln z inflační fáze

Polarizace reliktního záření: vlny gravitační vlny pocházající z inflační fáze vývoje vesmíru také mohly vést k polarizaci reliktního záření (E i B mód polarizace) experiment BICEP2: detekce gravitačních vln z inflační fáze další zdroj polarizace: rozptyl na prachových částicích v Galaxii

Polarizace reliktního záření: vlny gravitační vlny pocházající z inflační fáze vývoje vesmíru také mohly vést k polarizaci reliktního záření (E i B mód polarizace) experiment BICEP2: detekce gravitačních vln z inflační fáze další zdroj polarizace: rozptyl na prachových částicích v Galaxii

Polarizace reliktního záření: vlny gravitační vlny pocházající z inflační fáze vývoje vesmíru také mohly vést k polarizaci reliktního záření (E i B mód polarizace) experiment BICEP2: detekce gravitačních vln z inflační fáze další zdroj polarizace: rozptyl na prachových částicích v Galaxii PLANCK: podrobné odečtení vlivu prachových částic Bmód polarizace pochází pouze od prachových částic, žádný signál od prvotních gravitačních vln

Závěr reliktní záření důležitým zdrojem informací o vesmíru fluktuace teploty reliktního záření: určování kosmologických parametrů polarizace reliktního záření nese významnou část informace zdroj polarizace: volné elektrony a prach, prvotní gravitační vlny detekovány nebyly

Závěr reliktní záření důležitým zdrojem informací o vesmíru fluktuace teploty reliktního záření: určování kosmologických parametrů polarizace reliktního záření nese významnou část informace zdroj polarizace: volné elektrony a prach, prvotní gravitační vlny detekovány nebyly je možné očekávat další objevy