problém tmavej (skrytej) hmoty
DESCRIPTION
Problém tmavej (skrytej) hmoty. Mystérium odolávajúce odhaleniu (Peter Čerňanský). Podstata objavu tmavej hmoty. Naznačenie existencie z astronomických pozorovaní Normálna hmota (baryónová) pozostáva z protónov a neutrónov (asi 15%) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/1.jpg)
Problém tmavej (skrytej) hmoty
Mystérium odolávajúce odhaleniu
(Peter Čerňanský)
![Page 2: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/2.jpg)
Podstata objavu tmavej hmoty
• Naznačenie existencie z astronomických pozorovaní
• Normálna hmota (baryónová) pozostáva z protónov a neutrónov (asi 15%)
• Zvyšok, jej zloženie je tajomstvom, je predpovedaný gravitačnými dynamickými účinkami
![Page 3: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/3.jpg)
Ako sa prišlo na problém tmavej hmoty?
• Meraním rýchlosti rotácie súčasti galaxie v závislosti od vzdialenosti od centra
• Pri stacionárnej rotácii danej súčasti vo vzdialenosti r od centra musí byť intenzita poľa E rovná dostredivému zrýchleniu
r
vE
2
![Page 4: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/4.jpg)
• Pri sféricky symetrickom rozložení hmoty
• Vychádzame pritom z Gaussovho zákona, ktorý tvrdí, že tok intenzity gravitačného poľa cez uzavretú plochu je úmerný veľkosti hmotnosti uzavretej vnútri plochy.
2
1
rME in
![Page 5: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/5.jpg)
• Vezmime si 2 prípady:
(i) • Potom
a porovnaním s dostredivým zrýchlením dostaneme
r
in dVrr
ME0
22
11
const
rrr
E 3
2 3
41
![Page 6: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/6.jpg)
To zodpovedá rotácii tuhého telesa, kde platí:
Prejdime teraz k druhému prípadu
(ii) Celá hmotnosť je vnútri malého objemu v centre (o polomere r0). Potom pre r > r0 :
rr
v
2
rv
rv
![Page 7: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/7.jpg)
A porovnaním s dostredivým zrýchlením
resp.
Podobne, ako pre planéty v slnečnej sústave
22
11
rrME in
2
2 1
rr
v
rv
12
rv
1
![Page 8: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/8.jpg)
Graf rýchlosti rotácie v závislosti od r:
![Page 9: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/9.jpg)
Reálna závislosť z meraní:
![Page 10: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/10.jpg)
Rýchlosť rotácie pre M 31
![Page 11: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/11.jpg)
Vysvetlenie meraných závislostí
• Reálny graf napovedá, že v galaxiách ich periféria obsahuje príliš veľa hmotnosti, dokonca aj za ich viditeľným okrajom!
• Napr. pre našu Galaxiu je svietiaca hmota asi 2.1011Mo, ale dynamicky určená najmenej 5-krát väčšia.
![Page 12: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/12.jpg)
Dva druhy skrytej hmoty
• Nesúlad medzi žiarivou a dynamickou hmotnosťou aj pre kopy galaxií
• Dva druhy skrytej hmoty:
1. Hmota skoro rovnomerne rozptýlená v galaxiách
2. Hmota, rovnomerne prestupujúca celý vesmír (pravdep. slabo interagujúca)
![Page 13: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/13.jpg)
Iné indície
• Dnes sú známe aj priamejšie potvrdenia existencie skrytej hmoty 1. druhu cez gravitačnú hmotnosť pomocou gravitačných šošoviek – takto určená hmotnosť galaxií zodpovedá dynamickej hmotnosti
• Druhý druh je podporený kozmologickými úvahami – hypotéza inflácie: ρk
![Page 14: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/14.jpg)
Možnosť delenia
• Horúca – neutrínové reliktové žiarenie T< 2K nemáme zatiaľ možnosť merania
• Teplá – gravitína• Studená – axióny, neutralína, z ranného obdobia
vesmíru pochádzajúce čierne diery a niektoré superťažké častice
• Zvláštna skupina (3. druh) – zodpovedá za nenulovú kozmologickú konštantu, tzv. Quintessentia. Prejavuje sa záporným tlakom. Príslučné kvantá poľa: skalárne, veľmi slabá interakcia s bežnými časticami
![Page 15: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/15.jpg)
Ako sa v teórii objavujú také exotické častice?
• Diracova rovnica opisuje elektrón-pozitrónové pole
• Vychádza z Lagrangiánu
£ = iψ* .γα.δαΨ - mΨ*Ψ
Tento Lagrangián je invariantný voči transformácii
![Page 16: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/16.jpg)
• Uvažujme, že a je závislé od x. Potom nový Lagrangián
nie je invariantný voči transformáciám
tzv. kalibračným
![Page 17: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/17.jpg)
• Minimálna modifikácia Lagrangiánu tak, aby bol voči kalibračným transformáciám invariantný:
a žiadame, aby sa veličiny Aα transformovali
Teória si teda vyžiadala zavedenie nového poľa A, ktoré je v Diracovej teórii interpretované ako elektromagnetické pole
![Page 18: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/18.jpg)
Spontánne narušenie symetrie
• Predstavme si Lagrangián
• Tento je invariantný voči transformácii:
![Page 19: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/19.jpg)
Graf potenciálu:
![Page 20: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/20.jpg)
• Pole vyjadrené relatívne k Φ0 už nie je invariantné voči predchádzajúcej zámene
• V novom Lagrangiáne sa však objaví nový člen, zodpovedajúci hmotnej častici
• Narušenie globálnej symetrie vedie k „vzniku“ nehmotných bozónov (Goldsteinových). Porušenie kalibračnej symetrie im dodá hmotnosť
• Axióny – CP symetria, etc.
![Page 21: Problém tmavej (skrytej) hmoty](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062422/56813c00550346895da55c47/html5/thumbnails/21.jpg)
Na záver
• Vzhľadom na „exotičnosť“ skrytej hmoty (aspoň v prípade 2. druhu) je prirodzené, že sa hľadajú jej exotické vysvetlenia.
• Problém pri týchto vysvetleniach stále zostáva v deficite experimentálneho overenia predpovedí (p).
• Skrytá hmota súvisiaca s kozmologickým členom – nové pokusy cez novú teóriu gravitácie.