История астрономии
<<  Математики и их вклад в развитие астрономии Экзопланеты: мир иных миров  >>
Астрономия и фундаментальная физика
Астрономия и фундаментальная физика
Почему астрономия
Почему астрономия
Множество разных подходов
Множество разных подходов
Альтернативные теории гравитации
Альтернативные теории гравитации
Тесты теорий гравитации
Тесты теорий гравитации
Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны
Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны
Линия в аккреционном диске
Линия в аккреционном диске
Линии и вращение черных дыр
Линии и вращение черных дыр
Многомерие
Многомерие
Состав вселенной
Состав вселенной
Темное вещество
Темное вещество
Столкновение скоплений галактик
Столкновение скоплений галактик
Прямые поиски темной материи в лабораториях на Земле
Прямые поиски темной материи в лабораториях на Земле
Поиски следов аннигиляции
Поиски следов аннигиляции
GLAST/Fermi
GLAST/Fermi
Поиск следов аннигиляции - 2
Поиск следов аннигиляции - 2
Темная энергия
Темная энергия
Нарушение лоренц-инвариантности
Нарушение лоренц-инвариантности
Фотоны и квантовая пена
Фотоны и квантовая пена
Поиски
Поиски
Нейтринная астрофизика
Нейтринная астрофизика
Наблюдения нейтрино
Наблюдения нейтрино
Гравитационные волны
Гравитационные волны
Детекторы гравитационных волн
Детекторы гравитационных волн
Космические лучи высоких энергий
Космические лучи высоких энергий
История
История
Ускорители для бедных
Ускорители для бедных
О чем рассказывают космические лучи и почему они важны
О чем рассказывают космические лучи и почему они важны
Спектр космических лучей
Спектр космических лучей
ГЗК завал в спектре
ГЗК завал в спектре
Вопрос о происхождении
Вопрос о происхождении
Обсерватория им
Обсерватория им
Задачи для Оже
Задачи для Оже
Черенковские детекторы
Черенковские детекторы
Флуоресцентные детекторы
Флуоресцентные детекторы
Космические проекты
Космические проекты
Нейтронные звезды – экстремальные источники
Нейтронные звезды – экстремальные источники
Магнитары
Магнитары
Процессы в сильном поле
Процессы в сильном поле
Фазовая диаграмма
Фазовая диаграмма
Нейтронные звезды
Нейтронные звезды
Нейтронные звезды «с разных точек зрения»
Нейтронные звезды «с разных точек зрения»
Столкновения ядер атомов золота
Столкновения ядер атомов золота
Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ
Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ
Астрофизические измерения
Астрофизические измерения
Массы нейтронных звезд и белых карликов
Массы нейтронных звезд и белых карликов
Lattimer & Prakash (2004)
Lattimer & Prakash (2004)
Масса PSR J0737-3039
Масса PSR J0737-3039
Двойной пульсар J0737-3039
Двойной пульсар J0737-3039
Страпельки
Страпельки
Странная кварковая эпидемия
Странная кварковая эпидемия
Заключение
Заключение
Что почитать
Что почитать

Презентация: «Астрономия и фундаментальная физика». Автор: sergepolar. Файл: «Астрономия и фундаментальная физика.ppt». Размер zip-архива: 6559 КБ.

Астрономия и фундаментальная физика

содержание презентации «Астрономия и фундаментальная физика.ppt»
СлайдТекст
1 Астрономия и фундаментальная физика

Астрономия и фундаментальная физика

Сергей Попов (ГАИШ МГУ)

2 Почему астрономия

Почему астрономия

Лаборатория размером 1028 см Экстремальная гравитация (черные дыры) Высокие плотности и магнитные поля (нейтронные звезды) Энергии частиц, недостижимые на ускорителях (космические лучи) Экзотические частицы и поля (темная материя, темная энергия)

Поэтому, хотя зачастую данные астрономии не столь «прямые», как данные лабораторных экспериментов, приходится с этим мириться, ибо многие параметры пока недостижимы на земных установках.

3 Множество разных подходов

Множество разных подходов

Космические лучи Внутреннее строение нейтронных звезд Кварковое вещество Магнитары Космология. Темная энергия Темное вещество Многомерие. Теория тяготения Модели ранней вселенной Проверки ОТО. Черные дыры Нарушение лоренц-инвариантности Нейтрино Гравитационные волны

4 Альтернативные теории гравитации

Альтернативные теории гравитации

Постоянно продолжаются работы по разработке более фундаментальных теорий гравитации, чем ОТО. Однако важно оставаться в контакте с экспериментом и наблюдениями. В солнечной системе возможны тесты только в пределе «слабого поля». Сильные поля существуют в непосредственной окрестности нейтронных звезд и черных дыр.

Пока все ОТО проходит все проверки. Одни из наиболее точных тестов связаны с наблюдением двойных радиопульсаров и с наблюдениями в Солнечной системе.

5 Тесты теорий гравитации

Тесты теорий гравитации

Необходимы проверки в разных режимах. Наиболее сильные тесты связаны с наблюдением поведения материи вблизи нейтронных звезд и черных дыр.

Кривизна

Гравпотенциал

НЗ в двойных

ЧД в двойных

Gravity Probe B

Аяг

Двойной PSR

Луна

Меркурий

6 Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны

Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны

Температура диска

Диск при наблюдении издалека Слева: не вращающаяся ЧД Справа: вращающаяся ЧД

http://web.pd.astro.it/calvani/

7 Линия в аккреционном диске

Линия в аккреционном диске

8 Линии и вращение черных дыр

Линии и вращение черных дыр

Данные XMM-Newton

Тот факт, что линия «залезает» в красную сторону ниже 4 кэВ, говорит о том, что ЧД быстро вращается (диск подходит ближе шести радиусов Шварцшильда).

9 Многомерие

Многомерие

Некоторые современные теории оперируют более чем тремя пространственными измерениями. Обнаружение дополнительных измерений возможно или на малых масштабах, или на очень больших. В последнем случае речь идет об астрономических наблюдениях.

10 Состав вселенной

Состав вселенной

Неизвестные частицы Нейтралино? Аксионы?

Неизвестные поля или вакуум

11 Темное вещество

Темное вещество

Сталкивающиеся скопления галактик 1E 0657-56 (Bullet cluster)

12 Столкновение скоплений галактик

Столкновение скоплений галактик

13 Прямые поиски темной материи в лабораториях на Земле

Прямые поиски темной материи в лабораториях на Земле

Эксперимент DAMA/LIBRA

14 Поиски следов аннигиляции

Поиски следов аннигиляции

Избыток позитронов

Приборы Pamela

15 GLAST/Fermi

GLAST/Fermi

В 2008 году состоялся успешный запуск гамма-обсерватории GLAST, получившей затем имя Fermi. Одной из важнейших задач этого проекта является обнаружение гамма-лучей, возникающих при аннигиляции частиц темного вещества. Не исключено, что именно данные с Fermi сыграют ключевую роль в разгадке тайны темной материи. Пока Fermi не видит явного сигнала, Связанного с аннигиляцией частиц темной материи.

Логотип проекта GLAST, который переименован в честь Энрико Ферми.

16 Поиск следов аннигиляции - 2

Поиск следов аннигиляции - 2

Поиск гамма-квантов, образующихся в результате аннигиляции частиц темной материи в нашей Галактике. Поток будет больше от центральной части нашего звездного острова.

17 Темная энергия

Темная энергия

Целый комплекс данных указывает на то, что сейчас вселенная расширяется ускоренно. Введено понятие темная энергия. Ее природа остается неясной: свойство вакуума или неизвестное поле.

Для изучения астрофизических проявлений темной энергии будут созданы специальные спутники и реализованы наземные проекты: Обзоры для поиска сверхновых (спутники и наземные программы) Наблюдения скоплений галактик (рентгеновские обзоры на спутниках) Крупномасштабная структура (обзоры галактик)

18 Нарушение лоренц-инвариантности

Нарушение лоренц-инвариантности

В ряде теорий скорость света квантов электромагнитного излучения зависит от их энергии (и, соответственно, отличается от «обычной» скорости света).

t

t

Соответственно, импульс от далекого источника будет расплываться, т.к. импульс сформирован фотонами с разной энергией. Наиболее перспективно наблюдать гамма-источники.

E

19 Фотоны и квантовая пена

Фотоны и квантовая пена

Изменение скорости распространения электро-магнитных волн происходит из-за взаимодействия фотонов с квантовой пеной.

По наблюдениям дается ограничение на EQG. Необходимо наблюдать далекие источники на возможно больших энергиях.

20 Поиски

Поиски

Пока наблюдения дают лишь верхние пределы. Для поисков используются наземные и космические гамма-телескопы.

Наблюдают блазары и гамма-всплески.

21 Нейтринная астрофизика

Нейтринная астрофизика

Нейтрино от Солнца

Нейтрино от взрывов сверхновых

22 Наблюдения нейтрино

Наблюдения нейтрино

Эксперимент AMANDA в Антарктиде

23 Гравитационные волны

Гравитационные волны

Предсказаны Общей теорией относительности. Возникают при слиянии нейтронных звезд и черных дыр. А также при вращении нейтронных звезд и при эволюции тесных двойных звезд.

(подробнее см. «Вокруг света» N2 2007) www.vokrugsveta.ru

24 Детекторы гравитационных волн

Детекторы гравитационных волн

Эксперимент LIGO

Первый детектор Вебера

25 Космические лучи высоких энергий

Космические лучи высоких энергий

Из космоса регулярно прилетают частицы высоких энергий. Это еще один канал информации о вселенной, И еще одна загадка.

26 История

История

1912: Виктор Гесс (Victor Hess) Нобелевская премия 1936 г. Изучение космических лучей составило как бы отдельное научное направление на стыке физики частиц и астрофизики. Постоянно появляются новые установки как наземные, так и космические. Поток у Земли составляет порядка 0.2 частицы за секунду на квадратный сантиметр со стерадиана. Основной вклад вносят как раз частицы с относительно низкой энергией (1-10 ГэВ). Ниже 1 ГэВ – уже не космические лучи, а солнечные. 1 ГэВ – масса протона.

27 Ускорители для бедных

Ускорители для бедных

До конца 50-х гг. физики, пока у них не появились мощные ускорители, активно использовали потенциал космических лучей. Несколько крупнейших открытий было сделано с помощью наблюдений КЛ. Например, так в 1932 году Карлом Андерсоном был открыт позитрон.

В 1936 г. он же открыл мюоны, исследуя космические лучи.

28 О чем рассказывают космические лучи и почему они важны

О чем рассказывают космические лучи и почему они важны

1. Новый канал информации. 2. Вопрос о происхождении и эволюции. 3. Открытие новых частиц. Естественные ускорители. 4. В Галактике КЛ динамически важны. Их плотность энергии порядка энергии магнитного поля и тепловой энергии газа.

29 Спектр космических лучей

Спектр космических лучей

На 90% космические лучи состоят из протонов, на 10% - из альфа-частиц, остальное – более тяжелые ядра, электроны, и тд.

Для первичных КЛ у Земли: I=0.2-0.3 частиц/(см2 с ср) N=10-10 частиц/см3 W=10-12 эрг/см3=1 эВ/см3

Первичные КЛ поверхности Земли практически никогда не достигают (лишь около 1%). Вторичные частицы: на 70% мюоны и на 30% электроны и позитроны.

30 ГЗК завал в спектре

ГЗК завал в спектре

Взаимодействие КЛ с фотонами реликтового излучения и ИК фотонами. Грейзен-Зацепин-Кузьмин. 60-е гг.

31 Вопрос о происхождении

Вопрос о происхождении

Происхождение космических лучей сверхвысоких энергий (и даже их состав) до сих пор остается неизвестным. Ускорение Распад сверхмассивных частиц

Если распад частиц, то интересна их связь с темных веществом. Если ускорение, то интересно, что же это за источники.

Для решения этих вопросов строят новые крупные обсерватории.

32 Обсерватория им

Обсерватория им

Оже

http://www.auger.org

33 Задачи для Оже

Задачи для Оже

Спектр Состав (протоны, фотоны, ядра) Направления прихода. Анизотропия? Источники?

Два типа детекторов: флуоресцентные и черенковские Около 10% событий регистрируется сразу двумя методами (флуоресцентные работают только ясными безлунными ночами).

34 Черенковские детекторы

Черенковские детекторы

35 Флуоресцентные детекторы

Флуоресцентные детекторы

36 Космические проекты

Космические проекты

Возможно, что следующим шагом в изучении космических лучей сверхвысоких энергий будет запуск специальных космических аппаратов.

37 Нейтронные звезды – экстремальные источники

Нейтронные звезды – экстремальные источники

Сверхсильные магнитные поля (больше швингеровского) Сильная гравитация (радиус порядка 3-4 шварцшильдовских) Сверхплотное вещество (в центре плотность в несколько раз выше ядерной)

38 Магнитары

Магнитары

dE/dt > dErot/dt По определению: расходуется энергия магнитного поля НЗ P-Pdot Прямые измерения магн. поля (циклотронные линии)

Магнитные поля 1014–1015 Гс

39 Процессы в сильном поле

Процессы в сильном поле

В сильном магнитном поле могут эффективно идти процессы, которые в слабых полях маловероятны или невозможны.

«Сильное» поле – это более ~4 1013 Гс. Фотон может распадаться на два. Кроме того, даже фотоны с низкой энергией могут порождать электрон-позитронные пары.

40 Фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма

Разные участки фазовой диаграммы можно исследовать с помощью ускорителей, с помощью расчетов на суперкомпьютерах, и с помощью наблюдений компактных объектов. Все эти виды исследования не дублируют, а дополняют друг друга.

41 Нейтронные звезды

Нейтронные звезды

Радиус 10 км Масса 1-2 солнечной Плотность порядка ядерной Сильные магнитные поля

42 Нейтронные звезды «с разных точек зрения»

Нейтронные звезды «с разных точек зрения»

Обычные нейтронные звезды Пионный конденсат Каонный конденсат Странные звезды Гиперонные звезды Гибридные звезды

43 Столкновения ядер атомов золота

Столкновения ядер атомов золота

44 Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ

Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ

Вещество нейтронных звезд не похоже на вещество сталкивающихся ядер. Асимметрия (нейтронов намного больше, чем протонов)

1 Mev/fm3 = 1.6 1032 Pa

45 Астрофизические измерения

Астрофизические измерения

Масса Радиус Красное смещение (M/R) Температура Момент инерции Гравитационная и барионная массы Предельное вращ.

В двойных, особенно с радиопульсарами. В будущем – и по линзированию.

У одиночных остывающих НЗ, у барстеров в двойных, у двойных с QPO.

По наблюдениям спектральных линий

Одиночные остывающие НЗ и некоторые двойные (прогрев коры)

По радиопульсарам (в будущем)

В системах из двух нейтронных звезд, если будут хорошие данные по звездам.

Миллисекундные пульсары

46 Массы нейтронных звезд и белых карликов

Массы нейтронных звезд и белых карликов

Бурые калики, Планеты

Нейтронные звезды

Белые карлики

c

Максимальная масса НЗ

Максимальная масса БК

Минимальная масса НЗ

47 Lattimer & Prakash (2004)

Lattimer & Prakash (2004)

48 Масса PSR J0737-3039

Масса PSR J0737-3039

Наиболее точные значения. Это очень тесная система, где наблюдается два радиопульсара.

49 Двойной пульсар J0737-3039

Двойной пульсар J0737-3039

Мы видим систему почти с ребра.

50 Страпельки

Страпельки

Кварковое вещество – «самодостаточно». Для его устойчивости не нужна гравитация. Т.е., могут существовать как странные звезды, Так и маленькие комочки, капельки.

Страпельки могут встречаться в космических лучах. Это будут частицы с большой массой, но с зарядом относительно небольшим.

51 Странная кварковая эпидемия

Странная кварковая эпидемия

Если в недрах компактных объектов есть кварковое вещество, то после слияний оно будет выбрасываться. Далее, страпельки могут попадать в другие нейтронные звезды, превращая их в кварковые.

52 Заключение

Заключение

Есть много примеров того, что астрономические наблюдения оказываются незаменимым методом проверки и изучения физических законов.

Теории гравитации Вещество в экстремальных условиях Очень высокие энергии Очень редкие процессы Большие масштабы

Пока прогресс во многих областях возможен только с использованием данных о наблюдениях небесных объектов.

53 Что почитать

Что почитать

Астрономия и физика. «Русский Репортер» 2008 http://www.expert.ru/printissues/russian_reporter/2008/42/nebestnye_kollaydery/ Космические лучи сверхвысоких энергий. «Вокруг света» 2007 http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/3869/ Поиск гравитационных волн. Вокруг света 2007 http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/3003/ Космология. Вокруг света 2006 http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2557/ Темная материя. Вокруг света http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/cosmos/621/ Нейтронные звезды. Элементы.ру http://elementy.ru/lib/430655 Магнитары. Элементы.ру http://elementy.ru/lib/25574

«Астрономия и фундаментальная физика»
http://900igr.net/prezentacija/astronomija/astronomija-i-fundamentalnaja-fizika-81214.html
cсылка на страницу

История астрономии

13 презентаций об истории астрономии
Урок

Астрономия

26 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по астрономии > История астрономии > Астрономия и фундаментальная физика