Скрытая масса во вселенной презентация

Скрытая (темная) масса

Скрытая (темная) масса. В 30-е годы астроном Фриц Цвикки изучал движение связанной группы галактик, каждая из которых движется настолько быстро, что должна была бы покинуть группу, так как их общее тяготение примерно в 10 раз меньше того, что могло бы их удержать. Тем не менее они остаются в составе группы. Суммарную массу звезд, газа и пыли в галактиках ученые умеют определять. Она недостаточна. Оставалось предположить, что есть еще какая-то темная масса, что-то, чего астрономы не замечают. Секстет Сейферта как пример группы галактик.

Слайд 19 из презентации «Расширение Вселенной»

Размеры: 675 х 540 пикселей, формат: .jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как. ». Скачать всю презентацию «Расширение Вселенной.pptx» можно в zip-архиве размером 3704 КБ.

Астрономия .Темная материя

Проект по астрономии на тему «Темная материя » ученика 10 класса Халметова Омара

Скачать:

Вложение	Размер
Темная материя	490.77 КБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Темная материя Презентацию подготовил ученик 10 А класса Омар Халметов

Общее определение Тёмная мате́рия в астрономии и космологии , а также в теоретической физике — гипотетическая форма материи , которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной материи затрудняет и, возможно, даже делает невозможным её прямое наблюдение. Вывод о существовании тёмной материи сделан на основании многочисленных, согласующихся друг с другом, но косвенных признаков поведения астрофизических объектов и по создаваемым ими гравитационным эффектам . Выяснение природы тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы , которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик .

История В истории науки встречались ситуации, когда движение небесных тел отклонялось от законов небесной механики ; как правило, это явление находило объяснение в существовании неизвестного материального тела (или нескольких тел). Именно так были открыты планета Нептун и звезда Сириус B . В 1922 году астрономы Джеймс Джинс и Якобус Каптейн исследовали движение звёзд в нашей Галактике и пришли к выводу, что бо́льшая часть вещества в галактике невидима; в этих работах, вероятно, впервые появился термин «тёмная материя» . Ян Оорт использовал тот же термин в статье 1932 года. Широкое распространение термин получил после работ Фрица Цвикки , который употребил его в 1933 году в своей работе ] . Цвикки измерил радиальные скорости восьми галактик в скоплении Кома (созвездие Волосы Вероники ) и обнаружил, что для устойчивости скопления приходится предположить, что его полная масса в десятки раз больше, чем масса входящих в него звёзд. Вскоре другие астрономы пришли к таким же выводам для многих других галактик. Особенный интерес вызвала туманность Андромеды .

Начиная с 1960-х годов, когда начался бурный прогресс наблюдательных средств астрономии, число аргументов в пользу существования тёмной материи быстро росло. При этом оценки её параметров, полученные из разных источников и разными методами, в целом согласуются между собой. Описанное выше неубывание скорости вращения звёзд оказалось не аномалией, а типичной ситуацией в мире галактик. При исследовании движения спутников галактик и близко расположенных шаровых скоплений было подтверждено, что общая масса каждой галактики в несколько раз превышает суммарную массу её звёзд. Было проведено изучение движения в системах двойных галактик и в галактических скоплениях. Оказалось, что в этих масштабах доля тёмной материи намного выше, чем внутри галактик. Звёздная масса эллиптических галактик , согласно расчётам, недостаточна для удержания входящего в галактику горячего газа, если не учесть тёмную материю. Оценка массы скоплений галактик, осуществляющих гравитационное линзирование , даёт результаты, включающие вклад тёмной материи и близкие к полученным другими методами.

Большой вклад внесли в конце 1960-х и начале 1970-х годов астрономы Вера Рубин из Института Карнеги и Кент Форд — они были первыми, кто провёл точные и надёжные вычисления, указывающие на наличие тёмной материи. Рубин и Форд заявили на конференции Американского астрономического общества в 1975 году об открытии: большинство звёзд в спиральных галактиках двигаются по орбитам примерно с одинаковой угловой скоростью, что приводит к мысли, что плотность массы в галактиках одинакова и для тех регионов, где находится большинство звёзд ( балдж ), и для тех регионов (на краю диска), где звёзд мало. Похожий вывод был сделан независимо в 1978 году [9] . В 1980 году работа Рубин была окончательно признана астрономическим сообществом [10] [11] . Интересно, что сама Вера Рубин предпочитала модифицированную ньютоновскую динамику (MOND) как причину найденного ей эффекта, замечая: «Если бы я выбирала, то я бы хотела открыть, что это именно ньютоновские законы должны быть изменены для правильного описания гравитационных взаимодействий на больших расстояниях. Это более привлекательно, чем Вселенная, наполненная новым типом субъядерных частиц» [12] .

Данные наблюдений Известно, что тёмное вещество взаимодействует со «светящимся» ( барионным ) веществом, по крайней мере, гравитационным образом и представляет собой среду со средней космологической плотностью , в несколько раз превышающей плотность барионов. Последние захватываются в гравитационные ямы концентраций тёмной материи. Поэтому, хотя частицы тёмной материи и не взаимодействуют со светом , свет испускается оттуда, где есть тёмное вещество. Это замечательное свойство гравитационной неустойчивости сделало возможным изучение количества, состояния и распределения тёмной материи по наблюдательным данным от радиодиапазона до рентгеновского излучения . Опубликованное в 2012 году исследование движения более 400 звёзд, расположенных на расстояниях до 13 000 световых лет от Солнца, не нашло свидетельств присутствия тёмной материи в большом объёме пространства вокруг Солнца. Согласно предсказаниям теорий, среднее количество тёмной материи в окрестности Солнца должно было составить примерно 0,5 кг в объёме земного шара. Однако измерения дали значение не более 0,06 кг тёмной материи в этом объёме. Это означает, что попытки зарегистрировать тёмную материю на Земле, например, при редких взаимодействиях частиц тёмной материи с «обычной» материей, вряд ли могут быть успешными [14] [15] [16] .

Теории о тёмной материи Барионная материя Наиболее естественным кажется предположение, что тёмная материя состоит из обычного, барионного вещества, по каким-либо причинам слабо взаимодействующего электромагнитным образом и потому не обнаружимого при исследовании, к примеру, линий излучения и поглощения. В состав тёмного вещества могут входить многие уже обнаруженные космические объекты, как то: тёмные галактические гало , коричневые карлики и массивные планеты, компактные объекты на конечных стадиях эволюции: белые карлики , чёрные карлики — они же остывшие белые карлики, нейтронные звёзды , чёрные дыры . Кроме того, такие гипотетические объекты, как кварковые звёзды , Q-звёзды и преонные звёзды , также могут являться частью барионной тёмной материи.

Модифицированная ньютоновсксая динамика Модифицированная ньютоновская динамика ( MOND ) — физическая гипотеза, альтернативная теория гравитации , предлагающая изменение в законе тяготения Ньютона , объясняющее вращение галактик без привлечения тёмной материи . Когда постоянная скорость обращения внешних частей галактик была впервые обнаружена, это было неожиданно, так как ньютоновская теория гравитации предсказывает, что чем дальше объект от центра, тем меньше его скорость. Например, для орбит планет солнечной системы скорость убывает с увеличением расстояния до Солнца .

Источник

Презентация на тему: «Темная энергия и материя»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Темная энергия и материя Заголовок слайда

Что такое темная материя? Темная материя — это вещество, которое заставляет галактики и звезды существовать (мы можем так сказать, потому что это самая распространенная материя вокруг, хотя мы ее не видим). Когда ученые подсчитали, почему Вселенная устроена так, как она есть, они обнаружили, что нормальной материи просто не хватает, чтобы удержать все вместе. Гравитации видимой материи недостаточно для образования галактик и звезд. Поэтому внутри и вокруг галактик должно быть что-то еще, что заставляет их существовать. То, что не излучает и не отражает свет. Что-то темное. Это породило термин темная материя. В глубокой вселенной, где бы ни была высокая концентрация темной материи, свет изгибается, что изначально смутило ученых, но в итоге они поняли, что есть нечто невидимое нам, что вызывает эти оптические иллюзии и взаимодействует с гравитацией.

Что такое темная энергия? Темная энергия еще более загадочна. Мы не можем обнаружить ее, мы не можем измерить ее, мы не можем почувствовать ее, но мы видим и наблюдаем его последствия очень четко. В 1929 году Эдвин Хаббл (человек, в честь которого был назван телескоп Хаббл) исследовал, что длина волны света, испускаемого далекими галактиками, смещается к красному концу электромагнитного спектра, когда волны света путешествует через пространство. Он обнаружил, что более отдаленные галактики показывают большее смещение, чем более близкие. Хаббл решил, что это потому, что Вселенная расширяется. Красное смещение произошло потому, что длина волны света растягивается по мере расширения Вселенной. Кроме того, ранее считалось, что расширение Вселенной замедляется и в какой-то момент в будущем он может перестать расширяться и начнет сокращаться. Но последние открытия показали, что расширение Вселенной ускоряется. Приближаясь к ускоряющемуся расширению Вселенной, ученые полагают, что это из-за какой-то отталкивающей силы. Эту силу они называют темной энергией. Таким образом, темная энергия — это своего рода энергия, присущая пустому пространству. Энергия, которая сильнее всего, что мы знаем, и которая продолжает становиться сильнее с течением времени. Пустое пространство имеет больше энергии, чем все остальное во Вселенной вместе взятые.

Теории о Темной Энергии Ученые выдвинули несколько идей, что это за темная энергия: Одна идея заключается в том, что темная энергия это не вещь, а свойство пространства. Пустое пространство — это не ничто, оно имеет свою собственную энергию, оно может генерировать больше пространства и довольно активно. Еще одна идея была высказана известным ученым Альбертом Эйнштейном, что идея космологической постоянной силы, противодействующей силе тяжести. Единственная проблема заключается в том, что когда ученые пытались вычислить количество этой энергии, результаты были настолько неправильными и странными, что это только добавило путаницы. Другая идея состоит в том, что пустое пространство на самом деле состоит из временных виртуальных частиц, которые спонтанно и последовательно формируются из ничего и снова исчезают в ничто. Энергия от этих частиц может быть темной энергией. Но работа еще продолжается. Есть еще много вопросов, на которые нужно ответить. Наша теория о темной материи и темной энергии — всего лишь теория. Ученые продолжают исследовать и возможно, однажды они смогут дать ответ о том, что такое темная материи и темная энергия.

Источник

Темная материя и темная энергия Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре. — презентация

Презентация была опубликована 7 лет назад пользователемМарфа Рогачева

Презентация на тему: » Темная материя и темная энергия Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре.» — Транскрипт:

1 Темная материя и темная энергия Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и о фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц.

2 Имеется целый ряд фактов, говорящих о свойствах Вселенной сегодня и в относительно недалеком прошлом. Вселенная в целом однородна: все области во Вселенной выглядят одинаково. Разумеется, это не относится к небольшим областям: есть области, где много звезд это галактики; есть области, где много галактик, это скопления галактик; есть и области, где галактик мало, это гигантские пустоты. Но области размером 300 миллионов световых лет и больше выглядят все одинаково. Об этом однозначно свидетельствуют астрономические наблюдения, в результате которых составлена «карта» Вселенной до расстояний около 10 млрд. световых лет от нас Расширяющаяся Вселенная

3 На рис. показан фрагмент карты, охватывающий относительно небольшой объем Вселенной. Видно, что во Вселенной имеются структуры довольно большого размера, но в целом галактики «разбросаны» в ней однородно. Обзор SDSS, продолжающийся в настоящее время, уже охватывает более 300 тыс. галактик, для которых измерено как направление, так и расстояние до расстояний около 10 млрд. световых лет от нас

4 Вселенная расширяется: галактики удаляются друг от друга. Пространство растягивается во все стороны, и чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Сегодня темп этого расширения невелик: все расстояния увеличатся вдвое примерно за 15 млрд лет, однако раньше темп расширения был гораздо больше. О расширении Вселенной прямо свидетельствует «покраснение» света, испущенного удаленными галактиками или яркими звездами: из-за общего растяжения пространства длина волны света увеличивается за то время, пока он летит к нам. Именно это явление было установлено Э. Хабблом в 1927 году и послужило наблюдательным доказательством расширения Вселенной, предсказанного за три года до этого Александром Фридманом. Плотность вещества во Вселенной убывает с течением времени, и в будущем Вселенная будет всё более и более разреженной. Если проследить эволюцию Вселенной назад в прошлое, используя известные законы физики, то мы придем к выводу, что эта эволюция началась с момента Большого Взрыва; в этот момент вещество во Вселенной было настолько плотным, а гравитационное взаимодействие настолько сильным, что известные законы физики были неприменимы. С тех пор прошло 14 млрд лет, это возраст современной Вселенной.

5 Вселенная заполнена электромагнитным излучением, характеризуемое температурой Т = 2,725 градусов Кельвина (реликтовые фотоны, сегодня представляющие собой радиоволны) (Пензиас-Вильсон, 1950). Эта температура сегодня невелика (ниже температуры жидкого гелия), однако это было далеко не так в прошлом. Вселенная в прошлом

6 Плазма непрозрачна для электромагнитного излучения; фотоны всё время излучаются, поглощаются, рассеиваются на электронах плазмы. Газ, наоборот, прозрачен. Значит, пришедшее к нам электромагнитное излучение с температурой 2,7 градуса свободно путешествовало во Вселенной с момента перехода плазмагаз, остыв (покраснев) с тех пор в 1100 раз из-за расширения Вселенной. Это реликтовое электромагнитное излучение сохранило в себе информацию о состоянии Вселенной в момент перехода плазмагаз; с его помощью мы имеем фотоснимок Вселенной в возрасте 300 тыс. лет, когда её температура составляла 3000 градусов. Есть два этапа эволюции Вселенной, о которых сегодня имеются надежные наблюдательные данные: Один из них, относительно недавний это этап перехода вещества во Вселенной из состояния плазмы в газообразное состояние. Это произошло при температуре 3000 градусов, а возраст Вселенной к тому моменту составлял 300 тыс. лет (совсем немного по сравнению с современными 14 млрд. лет). До этого электроны и протоны двигались отдельно друг от друга, вещество представляло из себя плазму. При температуре 3000 градусов произошло объединение электронов и протонов в атомы водорода, и Вселенная оказалась заполненной этим газом.

7 Измеряя температуру этого реликтового электромагнитного излучения, пришедшего к нам с разных направлений на небе, мы узнаём, какие области были теплее или холоднее (а значит, плотнее или разреженнее), чем в среднем по Вселенной. Результат этих измерений состоит в том, что Вселенная в возрасте 300 тыс. лет была гораздо более однородной, чем сегодня: вариации температуры и плотности составляли тогда менее 10 –4 (0,01%) от средних значений. Тем не менее, эти вариации существовали: с разных направлений электромагнитное излучение приходит с несколько различной температурой.

8 Это показано на рис., где изображено распределение температуры по небесной сфере (фотоснимок ранней Вселенной) за вычетом средней температуры 2,725 градусов Кельвина; более холодные области показаны синим, более теплые красным цветом Фотоснимок, изображенный на рис., привел к нескольким важным и неожиданным выводам. Во-первых, он позволил установить, что наше трехмерное пространство с хорошей степенью точности евклидово: сумма углов треугольника в нем равна 180 градусов даже для треугольников со сторонами, длины которых сравнимы с размером видимой части Вселенной, т. е. сравнимы с 14 млрд световых лет. Вообще говоря, общая теория относительности допускает, что пространство может быть не евклидовым, а искривленным; наблюдательные же данные свидетельствуют, что это не так (по крайней мере для нашей области Вселенной). Способ измерения «суммы углов треугольника» на космологических масштабах расстояний состоит в следующем. Можно надежно вычислить характерный пространственный размер областей, где температура отличается от средней: на момент перехода плазмагаз этот размер определяется возрастом Вселенной, т. е. пропорционален 300 тыс. световых лет. Наблюдаемый угловой размер этих областей зависит от геометрии трехмерного пространства, что и дает возможность установить, что эта геометрия евклидова.

9 Во-вторых, из фотоснимка можно установить, какова была величина (амплитуда) неоднородностей температуры и плотности в ранней Вселенной она составляла 10 –4 –10 –5 от средних значений. Именно из этих неоднородностей плотности возникли галактики и скопления галактик: области с более высокой плотностью притягивали к себе окружающее вещество за счет гравитационных сил, становились еще более плотными и в конечном итоге образовывали галактики. Поскольку начальные неоднородности плотности известны, процесс образования галактик можно рассчитать и результат сравнить с наблюдаемым распределением галактик во Вселенной. Этот расчет согласуется с наблюдениями, только если предположить, что помимо обычного вещества во Вселенной имеется другой тип вещества темная материя

10 В случае евклидовой геометрии трехмерного пространства общая теория относительности однозначно связывает темп расширения Вселенной с суммарной плотностью всех форм энергии. Измеренный темп расширения соответствует полной плотности энергии в современной Вселенной. В терминах плотности массы (поскольку энергия связана с массой соотношением Е = mс 2 ) это число составляет

11 Плотность массы обычного вещества в современной вселенной составляет Т.е. обычное вещество вкладывает всего 5% в полную плотность энергии во Вселенной.

12 Доля обычного вещества (протонов, атомных ядер, электронов) в суммарной энергии в современной Вселенной составляет 5 всего 5%. 5 Помимо обычного вещества во Вселенной имеются и реликтовые нейтрино около 300 нейтрино всех типов в кубическом сантиметре. Их вклад в полную энергию (массу) во Вселенной невелик, поскольку массы нейтрино малы, и составляет заведомо не более 3%. Оставшиеся 90–95% полной энергии во Вселенной «неизвестно что». Более того, это «неизвестно что» состоит из двух фракций темной материи и темной энергии, как изображено на рис. Темная материя сродни обычному веществу в том смысле, что она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество. Скорее всего, она состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц. Наиболее правдоподобной (но далеко не единственной) представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100–1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино.

13 Темная энергия гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Начать с того, что она не собирается в сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик её столько же, сколько вне их. Астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот. Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Энергия вакуума? Новое сверхслабое поле? Новая гравитация на cверхбольших расстояниях?

14 Как часто бывает в науке, впечатляющие успехи физики частиц и космологии поставили неожиданные и фундаментальные вопросы. Мы сегодня не знаем, что представляет собой основная часть материи во Вселенной. Мы можем только догадываться, какие явления происходят на сверхмалых расстояниях, и какие процессы происходили во Вселенной на самых ранних этапах её эволюции. Замечательно, что на многие из этих вопросов ответы будут найдены в обозримом будущем в течение 10–15 лет, а может быть, и раньше. Наше время это время кардинального изменения взгляда на природу.

15 Валерий Анатольевич Рубаков Родился 16 февраля 1955 года в Москве. Окончил физический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, защитив в Поступил в аспирантуру Института ядерных исследований АН СССР (ИЯИ). В 1981 году под руководством Н.В.Красникова и А.Н.Тавхелидзе он защитил кандидатскую диссертацию «Структура вакуума в калибровочных моделях квантовой теории поля» и стал м.н.с. Отдела теоретической физики ИЯИ, в котором трудится до сих пор, защитив докторскую диссертацию (1989 г.) и пройдя путь до главного научного сотрудника (1994 г.), действительного члена Российской академии наук (1997 г.). С 1987 по 1994 гг. он являлся заместителем директора ИЯИ по научной работе и отвечал за астрофизическую часть.

Источник

Скрытая масса во вселенной презентация

Скрытая (темная) масса

Похожие презентации

Астрономия .Темная материя

Скачать:

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Презентация на тему: «Темная энергия и материя»

Похожие презентации