φγπνμκε Κμζμμιμγία Η δηαζημιή ημο φμπακημξ Δν. Μακχιεξ Πιεηχκεξ Ικζηηημφημ Αζηνμκμμίαξ & Αζηνμθοζηθήξ, Γ.Α.Α. & Σμήμα Φοζηθήξ, ΑΠΘ Καζηνξηά, 8 Δεθεμβνίμο 2010
Ση είλαη ε Κνζκνινγία; Κνζκνινγία είλαη ε επηζηήκε πνπ κειεηά ηελ ΔΟΜΗ, την ΓΕΝΝΗΣΗ & ΕΞΕΛΙΞΗ ηνπ ΤΜΠΑΝΣΟ Δίλαη κηα ζρεηηθά λέα επηζηήκε, θαη ζα κπνξνύζε λα ραξαθηεξηζηεί σο επιζηήμη ηου 20 ου αιώνα. Μόλν ζηηο αξρέο ηνπ 20 νπ αηώλα κε ηελ αλάπηπμε ηεο θαζκαηνζθνπίαο, ησλ κεγάισλ ηειεζθνπίσλ αιιά θαη κε ηελ ζεκειίσζε ηεο Γεληθήο Θεσξίαο ηεο ρεηηθόηεηαο, ε Κνζκνινγία θαηέθηεζε ηελ ζέζε ηεο, πεξίνπηε κάιηζηα, αλάκεζα ζηηο ζύγρξνλεο επηζηήκεο.
Γηαρξνληθή πνξεία ηεο Κνζκνινγηθήο θέςεο Αξραία Διιεληθή Κνζκνινγία: από ηνλ Ηζίνδν, ηνλ Αλαμίκαλδξν, ηνλ Αξηζηνηέιε ζηνλ πξσηνπόξν Αξίζηαξρν ηνλ άκην (310 230 πυ), πνπ βαζηδόκελνο ζηηο Ππζαγόξεηεο ηδέεο ηνπ Φηινιάνπ αιιά θαη ηηο εθπιεθηηθέο δηαπηζηώζεηο ηνπ Ηξαθιείδε ηνπ Πόληηνπ πξόηεηλε ην επαλαζηαηηθό γηα ηελ επνρή ηνπ Ηιηνθεληξηθό ζύζηεκα κελ μερλάκε θαη ηνλ εθπιεθηηθό Ίππαξρν. Υξηζηηαληθή Μεζαησληθή πλεπκαηηθή απνδόκεζε θαη Αλαγελλεζηαθή επηζηξνθή (Galileo, Copernicus etc) Σύγχρονη Κοσμολογία: μεθηλά ζηηο αξρέο ηνπ 20 νπ αηώλα κε ηελ Γεληθή Θεσξία ηεο ρεηηθόηεηαο θαη ηηο εθπιεθηηθέο παξαηεξήζεηο ηνπ Hubble ζρεηηθέο κε ηελ κεηαηόπηζε ζην εξπζξό ηνπ θάζκαηνο ησλ γαιαμηώλ δηαζηνιή ηνπ ύκπαληνο.
Η φγπνμκε Κμζμμιμγηθή Θεςνία είκαη αοηή ηεξ Μεγάιεξ Έθνελεξ Σμ φμπακ Ξεθίκεζε απυ οπένποθκε & οπένζενμε θαηάζηαζε θαη έθημηε δηαζηέιιεηαη 3 ΒΑΙΚΟΙ ΠΤΛΩΝΓ ΣΗ ΘΓΩΡΙΑ ΜΓΓΑΛΗ ΓΚΡΗΞΗ ΔΙΑΣΟΛΗ ΤΜΠΑΝΣΟ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΤΠΟΒΑΘΡΟΤ ΠΤΡΗΝΟΓΓΝΓΗ
ΜΓΣΡΗΗ ΚΟΜΙΚΩΝ ΑΠΟΣΑΓΩΝ Γηα κα μπμνέζμομε κα λεθηκήζμομε ζημ ηαλίδη μαξ ζηεκ θαηακυεζε ημο φμπακημξ θαη ηςκ θοζηθχκ δηενγαζηχκ πμο ζοκεηιμφκηαη είκαη απαναίηεηε πνμτπυζεζε κα γκςνίδμομε κα μεηνάμε θμζμηθέξ απμζηάζεηξ. ΠΡΟΟΥΗ: Λυγς ημο πεπεναζμέκμο ηεξ ηαπφηεηαξ ημο θςηυξ ακαμηγκφεηαη πάκηα ε έκκμηα ηεξ απυζηαζεξ με ημκ πνυκμ, γεγμκυξ πμο μαξ δοζθμιεφεη κμεμαηηθά υηακ ακαθενυμαζηε ζε ακηηθείμεκα πμο είκαη μαθνηά (μπυηε είκαη θαη κεανά ζε ειηθία). 1 AU = απυζηαζε Γεξ Ηιίμο = 149 598 000 Κμ Έημξ θςηυξ = Η απυζηαζε πμο δηακφεη ζε έκα έημξ θαη ζημ θεκυ ημ θςξ = 63000 AU = 9.5 x 10 12 Κμ Parsec = 3.3 έηε θςηυξ (Mpc = 1,000 pc) arc-second = (1 μμίνα/3600)
Οη θμζμηθέξ απυζηάζεηξ είκαη ηενάζηηεξ θαη δεκ μπμνμφμε κα ηηξ μεηνήζμομε απ εοζείαξ (άμεζα) αιιά μυκμ με έμμεζμοξ ηνυποξ. Αοηέξ μη μέζμδμη είκαη μοζηαζηηθά πμιφ απιμί, θαη βαζίδμκηαη θαηά θφνημ ιυγμ ζε μαζεμαηηθά Γομκαζίμο Άμεζμη μέζμδμη πνεζημμπμημφκηαη γηα κα οπμιμγίζμομε πμιφ θμκηηκέξ απυζηάζεηξ (μέζα ζημ ειηαθυ ζφζηεμα θαη θμκηηκά αζηένηα). Γηα κα πνμπςνήζμομε ζηηξ θμζμηθέξ απμζηάζεηξ πμο θονηανπμφκ ζημ φμπακ, πνέπεη κα μηθμδμμήζμομε μηα «θάια Απμζηάζεςκ», λεθηκχκηαξ απυ θμκηά θαη άμεζα θαη πνμπςνχκηαξ με ζοκδεηηθμφξ θνίθμοξ μεηαλφ ηςκ δηαθμνεηηθχκ μεζυδςκ ζηα μαθνηά θαη έμμεζα...
1 μ θαιμπάηη: Η αθηίκα ηεξ Γεξ πεηηθά εφθμια μπμνεί θάπμημξ κα μεηνήζεη ηεκ αθηίκα ηεξ Γεξ, εάκ γκςνίδεη Γεωμεηρία! Ο Ανηζημηέιεξ (384-322 πυ) απέδεηλε με απιά επηπεηνήμαηα υηη ε Γε είκαη ζθαηνηθή (ιυγς ηεξ θοθιηθήξ ζθηάξ ηεξ Γεξ θαηά ηεκ έθιεηρε ζειήκεξ), πμο ημ οπμζηήνηδε ήδε μ Πανμεκίδεξ (515-450 πυ). Ο Γναημζζέκεξ (276-194 πυ) οπμιυγηζε ηεκ αθηίκα ηεξ Γεξ ζηα 40,000 ζηάδηα (~6800 πιμ), υηακ ε πναγμαηηθή αθηίκα ηεξ Γεξ είκαη ~6376 πιμ (8% ζθάιμα!!)
Ο Γναημζζέκεξ είπε πιενμθμνεζεί υηη ζηηξ 21 Ιμοκίμο (ζενηκυ ειημζηάζημ) μ Ήιημξ έιαμπε ζημ βάζμξ εκυξ βαζημφ πεγαδημφ ζηε οέκε. Έθακε πανυμμηα παναηήνεζε ζε πεγάδη ζηεκ πυιε ημο ηεκ Αιελάκδνηα πάιη ζηηξ 21 Ιμοκίμο θαη μέηνεζε απυθιηζε ηςκ ειηαθχκ αθηίκςκ απυ ηεκ θάζεημ (με γκχμμκα) 7 μμηνχκ. Ξένμκηαξ ηεκ απυζηαζε μεηαλφ Αιελάκδνηαξ θαη οέκεξ (5000 ζηάδηα = 740 Κμ) θαη οπμζέηςκηαξ υηη μ Ήιημξ είκαη πμιφ μαθνηά ζε ζπέζε με ημ μέγεζμξ ηεξ αθηίκαξ ηεξ Γεξ, μπυνεζε μ Γναημζζέκεξ με απιή ηνηγςκμμεηνία κα οπμιμγίζεη ηεκ αθηίκα ηεξ Γεξ. Δειαδή 2 π R/360 = 5000/7 ζηάδηα => R=40000 ζηάδηα
2 μ θαιμπάηη: Η αθηίκα θαη απυζηαζε ειήκεξ Καη αοηέξ ηηξ ενςηήζεηξ ηηξ απάκηεζακ πνχημη μη ανπαίμη Γιιεκεξ με ηεκ πνήζε ηεξ Γεςμεηνίαξ! Ο Ανηζημηέιεξ ζέςνεζε υηη ε ειήκε είκαη ζθαηνηθή θαη υπη ππ. δίζθμξ αθνηβχξ επεηδή ημ υνημ ημο ειηαθμφ θςηυξ ζηεκ επηθάκεηα ημο ήηακ ηυλμ θφθιμο. Ο Ανίζηανπμξ (310-230 μυ) οπμιυγηζε ηεκ απυζηαζε Γεξ-ειήκεξ ζε πενίπμο 60 Γήηκεξ αθηίκεξ (ε μπμία πνάγμαηη μεηαβάιεηαη μεηαλφ 57 θαη 63 αθηίκεξ). Ο Ανίζηανπμξ επίζεξ οπμιυγηζε ηεκ αθηίκα ηεξ ειήκεξ ζημ 1/3 ηεξ αθηίκαξ ηεξ Γεξ (ε πναγμαηηθή ηημή ηεξ είκαη 0.273 ηεξ αθηίκαξ ηεξ Γεξ).
Πςξ ηα θαηάθενε μ Ανίζηανπμξ κα οπμιμγίζεη ηεκ απυζηαζε Γεξ - ειήκεξ; 1. Ο Ανίζηανπμξ ήλενε υηη μη ειεκηαθέξ εθιείρεηξ μθείιμκηακ ζηεκ ζθηά ηεξ Γεξ, πμο επμμέκςξ ζα είπε δηάμεηνμ 2 Γήηκεξ αθηίκεξ (οπμζέημκηαξ υηη μ Ήιημξ είκαη πμιφ μαθνφηενα απυ ηα δφμ ζχμαηα). 2. Απυ πμιιέξ θαηαγεγναμέκεξ παναηενήζεηξ (Αζζφνηςκ, Βαβοιχκηςκ θιπ) ήηακ γκςζηυ υηη ε ζειεκηαθή έθιεηρε δηανθεί ημ πμιφ 3 χνεξ. 3. Γπίζεξ ήηακ γκςζηυ υηη ε ειήκε πνεηάδεηαη έκα πενίπμο μήκα γηα κα πενηζηναθεί γφνς απυ ηεκ Γε. 4. Γπμμέκςξ με ιίγμοξ αιγεβνηθμφξ οπμιμγηζμμφξ: 2πD/1 month= 2r e /3h μ Ανίζηανπμξ θαηέιελε υηη ε απυζηαζε ηεξ ειήκεξ είκαη ~60 Γήηκεξ αθηίκεξ.
Πςξ ηα θαηάθενε μ Ανίζηανπμξ κα οπμιμγίζεη ημ μέγεζμξ ειήκεξ; Η ειήκε θάκεη 2 ιεπηά (1/720 ηεξ εμέναξ) γηα κα δφζεη, εκχ θάκεη 24 χνεξ γηα (θαηκυμεκε) πιήνε πενηζηνμθή γςκηαθυ μέγεζμξ ειήκεξ ζ=½ o (360 μ /24χνεξ=ζ/2 ) 2R 2R / 2 min = 2π D / 24 h Ο Ανίζηανπμξ είπε οπμιμγίζεη απυζηαζε Γεξ-ειήκεξ ζε 60 Γήηκεξ αθηίκεξ, πμο ζεμαίκεη υηη ε αθηίκα ειήκεξ είκαη 1/3 ηεξ αθηίκαξ ηεξ Γεξ θαη επμμέκςξ ίζε με 180 αθηίκεξ ειήκεξ εμεηςηέμκ υηη μ Ανίζηανπμξ δεκ ήλενε αθνηβή ημή ημο π (οπμιμγίζηεθε απυ Ανπημήδε (287-212πΥ) μενηθέξ δεθαεηίεξ ανγυηενα).
3 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε θαη μέγεζμξ Ήιημο Πάλι οι αρταίοι είταμ απαμηήζεις Ο Ανίζηανπμξ ήλενε ήδε υηη ε αθηίκα ηεξ ειήκεξ είκαη 1/180 ηεξ απυζηαζεξ Γεξ-ειήκεξ. Γπεηδή δε μ Ήιημξ θαη ε ειήκε έπμοκ ημ ίδημ γςκηαθυ μέγεζμξ (υπςξ απμδεηθκφεηαη θαηα ηηξ Ηιηαθέξ εθιείρεηξ), οπέζεζε μνζχξ υηη ε αθηίκα ημο Ηιίμο είκαη πενίπμο 1/180 ηεξ απυζηαζεξ ημο (ζηεκ πναγμαηηθυηεηα είκαη 1/215).
3 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε θαη μέγεζμξ Ήιημο Γπίζεξ οπμιυγηζε (εζθαιμέκα) υηη μ Ήιημξ είκαη 20 θμνέξ πημ μαθνηά απυ ηε ειήκε (ζηεκ πναγμαηηθυηεηα είκαη 390 θμνέξ). Απυ αοημφξ ημοξ οπμιμγηζμμφξ θαηέιελε ζημ πμιφ ζεμακηηθυ ζομπέναζμα υηη μ Ήιημξ είκαη πμιφ μεγαιφηενμξ απυ ηεκ Γε, γεγμκυξ πμο ημκ βμήζεζε κα πνμηείκεη ημ Ηιημθεκηνηθυ ζφζηεμα 1700 πνυκηα πνηκ ημκ Κμπένκηθμ.
4 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε Ηιίμο-πιακεηχκ Οη ανπαίμη γκχνηδακ υηη μ Ήιημξ θαη μη πιακήηεξ βνίζθμκηακ ζημ δςδηαθυ θφθιμ, δειαδή ζημ ίδημ επίπεδμ, αοηυ ηεξ εθιεηπηηθήξ. Δχζακ ιάζμξ απακηήζεηξ υμςξ ζπεηηθά θαη με ηεκ απυζηαζε ημο Άνε θαη θοζηθά ημ ζπεηηθά με ημ Πημιεμασθυ γεςθεκηνηθυ μμκηέιμ. Οη ζςζηέξ απακηήζεηξ έπνεπε κα πενημεκμοκ ημκ Κμπένκηθμ (1473-1543), πμο βνήθε ηεκ μνζή πενίμδμ ημο Άνε, ημκ Κέπιεν (1571-1630) πμο βνήθε ηηξ ειιεηπηηθέξ ηνμπηέξ ηςκ πιακεηχκ βαζηδμέκμη ζηηξ παναηενήζεηξ ημο Σφπμ Μπνάπε (1546-1601).
Πςξ ηα θαηάθενε μ Κμπένκηθμξ; Οη Βαβοιχκημη ήλενακ υηη ε θαηκυμεκε θίκεζε ημο Άνε επακαιαμβακυηακ θάζε 780 εμένεξ (ζοκμδηθή πενίμδμξ ημο Άνε). ημ μμκηέιμ ημο Κμπένκηθμο ε Γε πενηζηνεθυηακ γφνς απυ Ήιημ θάζε 365 μένεξ. Αθαηνχκηαξ ηηξ γςκηαθέξ ηαπφηεηεξ ηςκ 2 πιακεηχκ (ω Γ - ω Α =1/780) πήνε ημ πναγμαηηθή Ανηακή πενίμδμ: 687 εμένεξ. Η γςκία μεηαλφ Ηιίμο & Άνε, ζημ οπυβαζνμ ηςκ απιακχκ, μπμνεί κα οπμιμγηζηεί. Καη πνεζημμπμηχκηαξ πμιιέξ ηέημηεξ μεηνήζεηξ ζε δηαθμνεηηθέξ εμενμμεκίεξ μ Κμπένκηθμξ ηεκ οπμιυγηζε ζε 1.5 ΑU.
4 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε Ηιίμο-πιακεηχκ ήμενα πνεζημμπμημφμε μεζυδμοξ αθνηβείαξ, υπςξ οπμιμγίδμκηαξ ημκ πνυκμ ακάθιαζεξ ηςκ ναδημθομάηςκ πάκς ζηεκ επηθάκεηα ηςκ πιακεηχκ. Αθμφ ηα ναδημθφμαηα θηκμφκηαη με ηαπφηεηα θςηυξ, c, ε απυζηαζε βνίζθεηαη εφθμια απυ ηφπμοξ: 2d = c δt d = c δt/2 d
5 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε ηςκ θμκηηκχκ αζηένςκ μέζς ηνηγςκμμεηνηθήξ πανάιιαλεξ Γίκαη εηνςκεία υηη ημ θαηεζηεμέκμ ζηεκ ανπαηυηεηα θαηέθνηκε ημ ειημθεκηνηθυ μμκηέιμ θαη ημκ οπμιμγηζμυ ηεξ απυζηαζεξ Ηιίμο-Γεξ ημο Ανίζηανπμο επεηδή ζφμθςκα με αοηά θαη ηηξ μεηνμφμεκεξ παναιιάλεηξ, ζα έπνεπε ηα αζηένηα κα βνίζθμκηαη πανα πμιφ μαθνηά... Γεγμκυξ θοζηθά εκηειχξ αιεζέξ! Με παναηενήζεηξ ηεξ γςκηαθήξ απυθιηζεξ ηςκ αζηένςκ με δηαθμνά 6 μεκχκ παίνκμομε ηεκ απυζηαζε αζηένςκ ζε πμιιαπιάζηα ηεξ αζηνμκμμηθήξ μμκάδαξ. Πνςημπνεζημμπμηήζεθε απυ ημκ γκςζηυ μαζεμαηηθυ Friedrich Bessel (1784-1846) ημ 1838. Υνεηάδεηαη μεγάιε αθνίβεηα παναηήνεζεηξ θαη με επίγεηα ηειεζθυπηα μπμνμφμε κα μεηνάμε απμζηαζεηξ έςξ θαη 30 πάνζεθ (100 έηε θςηυξ). Γκχ με δμνοθυνμοξ υπςξ μ «Ίππανπμξ», μέπνη 1500 έηε θςηυξ.
5 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε ηςκ θμκηηκχκ αζηένςκ μέζς ηνηγςκμμεηνηθήξ πανάιιαλεξ Ονηζμυξ Parsec: Η απυζηαζε εκυξ κμεημφ αζηένα πμο εμθακίδεη πανάιιαλε εκυξ δεοηενμιέπημο ηεξ μμίναξ.
6 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε ηςκ μεζαίαξ απυζηαζεξ αζηένςκ μέζς ημο δηαγνάμμαημξ HR (θαζμαημζθμπηθή πανάιιαλε) Βαζηθή ζπέζε είκαη μεηαλφ θαηκυμεκεξ θαη απυιοηεξ ιαμπνυηεηαξ δειαδή μεηαλφ νμήξ (θςηεηκυηεηα) θαη ιαμπνυηεηαξ: f=l/4πr 2 Ο Ejnar Hertzsprung (1873-1967) θαη μ Henry Russell (1877-1957) βνήθακ μεηαλφ ημο 1905-1915 υηη οπάνπεη ζογθεθνημέκε ζοζπέηηζε μεηαλφ ιαμπνυηεηαξ θαη πνχμαημξ (ημ δηάζεμμ δηάγναμμα Hertzsprung-Russell). Οπυηε απυ ηεκ μπηηθή θςημμεηνία μαθνηκχκ αζηένςκ μπμνεί θάπμημξ κα ελάγεη ηεκ ιαμπνυηεηα ημοξ θαη μέζς ηεξ παναπάκς ζπέζεξ ηεκ απυζηαζε ημοξ. Αοηή ε μέζμδμξ ιεηημονγεί μέπνη απυζηαζεηξ 300,000 εηχκ θςηυξ.
Πανέκζεζε: Γίκαη ζφκεζεξ κα πνεζημμπμημφμαη ζηεκ Αζηνμκμμία ςξ μμκάδεξ θςηεηκυηεηαξ/ιαμπνυηεηαξ ημ θαηκυμεκμ θαη απμιφημ μέγεζμξ. m = -2.5 logf + C a M = -2.5 logl + C b L=4πr 2 f Distance modulus: m-m=5log r + 25 (υπμο ε απυζηαζε μεηνάηαη ζε Μpc =10 6 pc)
7 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε πνεζημμπμηχκηαξ μεηαβιεημφξ αζηένεξ Κεθείδεξ Η Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) παναηήνεζε υηη μνηζμεκμο ηφπμο ιαμπνά αζηένηα (μη Κεθείδεξ) ηαιακηχκεηαη ε θςηεηκυηεηα ημοξ πενημδηθά θαη με ζογθεθνημέκε ζπέζε πενηυδμο-θςηεηκυηεηαξ: L = C P 1.3 Η μέζμδμξ δμοιεφεη μέπνη απμζηάζεηξ 13 x 10 6 έηε θςηυξ, δειαδή μέπνη ηα υνηα θαη ιίγμ πημ μαθνηά ηεξ ημπηθήξ μμάδαξ γαιαληχκ.
8 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε γαιαληχκ μέζς μεηνηθχκ ζπέζςκ (Tully-Fisher, Faber-Jackson, D n -ζ) Σμ 1977 μη Brent Tully & Fisher βνήθακ υηη ζημοξ ζπεηνμεηδείξ γαιαλίεξ ηζπφεη ε ζπέζε L = C 1 v 4 πμο v είκαη ε ηαπφηεηα πενηζηνμθήξ ημο γαιαλία θαη L ε ιαμπνυηεηα ημο. Δηάγναμμα ηαπφηεηαξ Doppler
8 μ θαιμπάηη: Η απυζηαζε γαιαληχκ μέζς μεηνηθχκ ζπέζςκ (Tully-Fisher, Faber-Jackson, D n -ζ) Ακηίζημηπε ζπέζε ηζπφεη θαη ζημοξ ειιεηπηηθμφξ γαιαλίεξ L = C 2 ζ γ πμο ζ ε αζηνηθή δηαζπμνά ηαποηήηςκ. Γπμμέκςξ βαζμμκμμχκηαξ ηηξ ζπέζεηξ αοηέξ μπμνείξ κα οπμιμγίζεηξ απμζηάζεηξ μαθνηκχκ γαιαληχκ. Αβεβαηυηεηα υμςξ είκαη ~ 15%
ΠΡΟΟΧΗ: Οη μεηνηθέξ ζπέζεηξ (Κεθείδεξ, TF, FJ θιπ) ζοκδέμοκ μηα πανάμεηνμ πμο είκαη ακελάνηεηε ηεξ απυζηαζεξ με μηα πανάμεηνμ πμο ελανηάηαη απυ ηεκ απυζηαζε (ζοκήζςξ θαηκμμεκμιμγηθέξ εμπεηνηθέξ ζπέζεηξ)!
9 μ θαιμπάηη: Τπενθαηκμθακείξ ηφπμο Ια («ζηαζενμί Λαμπηήνεξ») έςξ z=1.3-1.4 ΣΙ ΓΙΝΑΙ ΣΑ SUPERNOVA Ia ; Ο ζάκαημξ αζηένςκ μδεγεί ζηεκ δεμημονγία Λεοθμφ Νάκμο. Ο ιεοθυξ κάκμξ (ζε δηπιά ζοζηήμαηα αζηένςκ) απμννμθά φιε απυ ζοκμδυ θαη θαζίζηαηαη αζηαζήξ... θαη εκ ηέιεη εθνήγκοηαη
ηαζενή ε ιαμπνυηεηα ημο μέγηζημο θαμπφιεξ θςηυξ
Η αιιειμζφκδεζε ηςκ μεζυδςκ οπμιμγηζμμφ θμζμηθχκ απμζηάζεςκ Hubble s Constant Tells Age: H 0 = Velocity/Distance = 1 / Time
10 μ θαιμπάηη: Η ενοζνμμεηάζεζε μαθνηκχκ γαιαληχκ Σν 1929 ν Hubble αλαθάιπςε όηη ηα θάζκαηα γαιαμηώλ είλαη κεηαηνπηζκέλα ζην εξπζξό Φαινόμενο Doppler
Μεηαηυπηζε Doppler Μήθμξ θφμαημξ μηθναίκεη υηακ πιεζηάδεη ε πεγή ηαηηθυ θφμα Μήθμξ θφμαημξ μεγαιχκεη υηακ απυμαθνφκεηαη ε πεγή
Νόμος Hubble: V = H 0 x απόζηαζη = c z Η ζηαθερά Hubble δίμει μια αίζθηζη ηης Ηλικίας ηοσ ύμπαμηος H 0 = ηατύηηηα/απόζηαζη = 1 / τρόμο
Πσο κεηξάκε ηελ δηαζηνιή ηνπ ύκπαληνο; Πρ. Σν πδξνγόλν παξάγεη κηα ραξαθηεξηζηηθή γξακκή εθπνκπήο Λάκπα Τδξνγόλνπ
Orion Nebula Όηαλ παξαηεξνύκε ηηο ίδηεο γξακκέο ζην θάζκα ελόο γαιαμία, αλαγλσξίδνπκε ηελ γξακκή ηνπ Τδξνγόλνπ.
Γαιαμίαο UGC 12915
Γαιαμίαο UGC 12508
Γαιαμίαο KUG 1750
Γαιαμίαο KUG 1217
Γαιαμίαο IRAS F09159
Ση ζεμαίκεη υηη ημ φμπακ δηαζηέιιεηαη; Μήπςξ ζεμαίκεη υηη βνηζθυμαζηε ζημ θέκηνμ ημο φμπακημξ; ΟΥΙ! Ο θάζε γαιαλίαξ απμμαθνφκεηαη απυ θάζε άιιμ γαιαλία!!! Κοπερμίκεια Αρτή! Η δηαζημιή ημο φμπακημξ δεκ έπεη θέκηνμ ζημκ 3ζ-δηάζηαημ πχνμ. πςξ ακηίζημηπα ημ δηαζηειιυμεκμ μπαιυκη δεκ έπεη θέκηνμ ζηηξ 2 δηαζηάζεηξ.
Ση ζεμαίκεη υηη ημ φμπακ δηαζηέιιεηαη; Δηαζηειιυμαζηε θαη εμείξ; Δηαζηέιιεηαη ε Γε, ε ειήκε, ημ ζπίηη μαξ, ε γάηα μαξ; μη θίιμη μαξ; ΟΥΙ, υπςξ ζηε δηαζημιή ή ζοζημιή ηςκ αενίςκ, ηα μυνηα ημοξ μέκμοκ ακεπενέαζηα.
Ση ζεμαίκεη υηη ημ φμπακ δηαζηέιιεηαη; ΥΓΣΙΚΓ ΣΑΥΤΣΗΣΓ ΓΑΛΑΞΙΩΝ αιάδμοκ ημ κυμμ ημο Hubble ζημκ παναθάης: cz H r u r r v 0 pec Λυγς ημπηθχκ βανοηηθχκ δοκαμηθχκ!!
Η ύγρξνλε Κνζκνινγηθή Θεσξία είλαη απηή ηεο Μεγάιεο Έθξεμεο: Το Σύμπαν ξεκίνηζε από υπέππυκνη & υπέπθεπμη καηάζηαζη και έκηοηε διαζηέλλεηαι και ψύχεηαι
Ο νοζμυξ δηαζημιήξ ημο φμπακημξ Δηαθμνεηηθή είκαη ε ελέιηλε ημο φμπακημξ ακάιμγα με ημ ζοκμιηθυ πμζυ οιμεκένγεηαξ πμο εμπενηέπεη: Μηθνυ πμζυ ημ φμπακ ζα δηαζηέιιεηαη επ άπεηνμ (Lobachevski). Μεγάιμ πμζυ ημ φμπακ ζα λακαζοζηαιεί μεηά απυ θάπμημ πνμκηθυ δηάζηεμα (Riemann) Ονηαθυ πμζυ (ακάμεζα ζηα δφμ) απμηειεί ημ Γοθιείδημ φμπακ πμο ζεςνείηαη ζήμενα ημ μνζυ μμκηέιμ... Γνμεκεία; Πηζακή «ακζνςπηθή» ελήγεζε.
Μέγεζνο ύκπαληνο Σν Νέν Μνληέιν (Δπηηαρπλόκελεο) Γηαζηνιήο ηνπ ύκπαληνο Bang ρξόλνο παξόλ
Ππιώλαο Νν 2: ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΜΙΚΡΟΚΤΜΑΣΩΝ Aπνιίζσκα ηεο αξρέγνλεο αθηηλνβνιίαο ηνπ Big-Bang, όηαλ απηή απειεπζεξώζεθε από ηα δεζκά πνπ ηελ θξαηνύζαλ ζε ζύδεπμε κε ηελ ύιε. Η πιο ακριβής μέτρηση ακτινοβολίας μέλανος σώματος Η ύπαξμε ηεο θαη ε θερμική πξνέιεπζε ηεο είρε πξνβιεθζεί από ηνλ Gamow, Alpher & Herman ην 1948 ζαλ απνηέιεζκα ηεο αξρηθά ππέξζεξκεο θαηάζηαζεο ηνπ ύκπαληνο. Βξέζεθε ηπραία από ηνπο Penzias & Wilson ην 1967 (Νόκπει Φπζηθήο) κε ζεξκνθξαζία πεξίπνπ 3 Κ (πνιύ θνληά ζηελ αξρηθή πξόβιεςε).
Φσηνγξαθία ηνπ ύκπαληνο όηαλ είρε ειηθία κόιηο 380000 έηε Οη δηαηαξαρέο ζεξκνθξαζίαο ηεο αθηηλνβνιίαο κηθξνθπκάησλ από ηηο παξαηεξήζεηο ηνπ δνξπθόξνπ COBE & WMAP & PLANCK! l ~ 220/(1-Ω k ) 1/2
Πσο θσηνγξαθίδνπκε ην ύκπαλ κε ηνλ δνξπθόξν PLANCK;
Ππιώλαο Νν 3: ΠΤΡΗΝΟΓΔΝΔΗ (πάληξεκα Μηθξόζθνζκνπ θαη Μεγάθνζκνπ) Άιιε πξόβιεςε ηνπ Gamow είλαη όηη ζηελ ππέξζεξκε αξρηθή θαηάζηαζε δελ ππάξρνπλ αηνκηθνί ππξήλεο αιιά κηα ζάιαζζα ζηνηρεησδώλ ζσκαηηδίσλ (p, n, λ) ζε ζεξκνδπλακηθή ηζνξξνπία. ηα 3 δεπηεξόιεπηα κεηά ην ΒΒ ε ζεξκνθξαζία έρεη πέζεη αξθεηά ώζηε λα μεθηλήζεη ε δεκηνπξγία ησλ ειαθξνηέξσλ αηνκηθώλ ππξήλσλ (Τδξνγόλνπ θαη Ηιίνπ θύξηα). Η (γλσζηή) θπζηθή αιιειεπηδξάζεσλ ησλ ζηνηρεησδώλ ζσκαηηδίσλ καδί κε ηνλ ξπζκό δηαζηνιήο (ςύμεο) ηνπ ύκπαληνο έδσζε ηελ δπλαηόηεηα ζηνλ Gamow λα πξνβιέςεη ηα αξρηθά πνζά ηνπ Η θαη Ηe, ηα νπνία θαη επηβεβαίσζε ε παξαηήξεζε.
Όκσο ππάξρνπλ 2 Μεγάια Δξσηεκαηηθά ζηε ύγρξνλε Κνζκνινγία: θνηεηλή Ύιε & θνηεηλή Δλέξγεηα Γλσξίδνπκε ηελ ύπαξμε ηνπο αιιά όρη ηελ θύζε ηνπο 95% ηνπ ύκπαληνο είλαη άγλσζηε κνξθήο 1998 Science breakthrough of the year
Ση είλαη ε θνηεηλή Δλέξγεηα; 1. Γηαπίζησζε ηεο ύπαξμεο ηεο από ηελ επηηαρπλόκελε δηαζηνιή ηνπ ύκπαληνο (ζπλάξηεζε Hubble κε SNIa). 2. Πηζηεύεηε όηη είλαη κηα κνξθή ελέξγεηαο κε αξλεηηθή πίεζε, πνπ θαη επέθηαζε πξνζνκνηάδεη «αληη-βαξύηεηα».
Ση κπνξεί λα είλαη ε θνηεηλή Δλέξγεηα; Μηα πηζαλόηεηα είλαη ην ύκπαλ λα είλαη γεκάην από κηα ελέξγεηα κε ζηαζεξή (δηαρξνληθά) θαη νκνγελή (ρσξηθά) ππθλόηεηα. Απηή είλαη ε ιεγόκελε Κνζκνινγηθή ηαζεξά (Λ), πνπ επέβαιε ν Einstein ζηηο εμηζώζεηο ηνπ γηα λα ηνπο πξνζδώζεη ζηαζεξέο ιύζεηο, θαη πνπ αξγόηεξα απαιείθζεθε όηαλ αλαθαιύθζεθε ε δηαζηνιή ηνπ ύκπαληνο. Δξκελεύεηαη σο ε ελέξγεηα ηνπ θελνύ πνπ ππνζηεξίδεηαη από ηελ θβαληνκεραληθή (από ην γεγνλόο όηη δεύγε ζσκαηίσλ & αληη-ζσκαηίσλ δεκηνπξγνύληαη από ην θελό θαη παξόιν πνπ δνπλ ειάρηζηα δίλνπλ ζην θελό κεκεδεληθή δπλακηθή ελέξγεηα). ηελ Γ.Θ.. όιεο νη κνξθέο ελέξγεηαο δεκηνπξγνύλ βαξπηηθό πεδίν, άξα ην απηό θαη ε ελέξγεηα ηνπ θελνύ. Όκσο από ζεσξεηηθή άπνςε ε ηηκή ηνπ Λ πξέπεη λα είλαη 10 120 κεγαιύηεξε από όηη κεηξάκε νη παξαηεξεζηαθνί Κνζκνιόγνη...
Ση κπνξεί λα είλαη ε θνηεηλή Δλέξγεηα; Άλλη πιθανότητα είναι η λεγόμενη πεμπτουσία (quintessence) πνπ είλαη έλα δπλακηθό πεδίν ηνπ νπνίνπ ε ελέξγεηα εμειίζζεηε ζηνλ ρώξν θαη ηνλ ρξόλν. Ο Αξηζηνηέιεο πξόζζεζε ζηελ ηεηξάδα ησλ ζηνηρείσλ πνπ ζεσξνύζαλ νη Έιιελεο Ίσλεο θηιόζνθνη όηη απνηεινύλ ηελ βάζε ηεο Φύζεο (Γή, ύδσξ, πύξ θαη αήξ) ηνλ αηζέξα ν νπνίνο ζα απνηειέζεη ηελ πέκπηε νπζία ηελ «πεκπηνπζία». Σν ζηνηρείν απηό παξνπζηάδεη πνιύ ελδηαθέξνπζεο «θνζκνινγηθέο» ηδηόηεηεο: είλαη αγέλλεην, αγήξαην, άθζαξην θαη αλαιινίσην...
πκπεξάζκαηα Σν ύκπαλ δηαζηέιιεηαη κε επηηαρπλόκελν ξπζκό! Η ειηθία ηνπ ύκπαληνο είλαη 13.500.000.000 ρξόληα Σν 4% ηεο ύιεο είλαη ε θνηλή ύιε (άηνκα, πξσηόληα, ειεθηξόληα Βαξπνληθή ύιε) δειαδή από απηή πνπ είκαζηε θαη εκείο θηηαγκέλνη θαη 26% είλαη ζθνηεηλή ύιε! Τπάξρεη θαη κεγάιν πνζό ελέξγεηαο ηνπ θελνύ, άγλσζην πώο!
Η Ηιηθία ηνπ ύκπαληνο Αξρηθά νη θνζκνιόγνη βάδακε όξηα ζηελ πξαγκαηηθή Ηιηθία ηνπ ύκπαληνο, ρξεζκηνπνηώληαο: 1. Σνλ ξπζκόο δηαζηνιήο ηνπ ύκπαληνο πνπ δίλεη άλσ όξην ζηελ ηλικία ηνπ: t max =H o -1 15.000.000.000 yr (ιόγσ επηβξάδπλζεο δηαζηνιήο από ίδην βαξπηηθό πεδίν!) 2. Η ειηθία ησλ εκπεξηερνκέλσλ εληόο ηνπ ύκπαληνο αληηθεηκέλσλ (Γε, Πιαλήηεο, Άζηξα, Γαιαμίεο θιπ) δίλεη θάησ όξην 5.000.000.000 yr 13.000.000.000 yr Σειηθά από ηνλ επηηαρπλόκελν ξπζκό δηαζηνιήο θαη ηηο πξόζθαηεο κεηξήζεηο θνζκνινγηθώλ παξακέηξσλ 13.700.000.000 yr
The History of Everything
Time The History of the Universe Today Anti-Gravity?*! Galaxy Formation Last Scattering Nuclear & HEP High Energy & Temp Inflation? Extra Dimension s?