370 likes | 544 Views
Tijana Prodanović, Univerzitet u Novom Sadu Tamara Bogdanović , Georgia Institute of Technology Dejan Urošević, Univerzitet u Beogradu. bliski prolazi galaksija kao novi I zvor I kosmičkog zračenja i litijuma. Posmatrački dokazi modela Velikog praska Širenje svemira ~ T+10 10 god
E N D
Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Tijana Prodanović, Univerzitet u Novom Sadu Tamara Bogdanović, Georgia Institute of Technology Dejan Urošević, Univerzitet u Beogradu bliski prolazi galaksija kao novi IzvorIkosmičkog zračenja i litijuma
Posmatrački dokazi modela Velikog praska Širenje svemira ~ T+1010 god Kosmičko pozadinsko zračenje ~ T+4x105 god Nukleosinteza Velikog praska (BBN) ~ T+1 sec. Testira najraniju epohu! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs tri stuba kosmologije
Velika temperatura, gustina, širenje • Sinteza najlakših elemenata – D, 3He, 4He, 7Li • Ko je brži – širenje ili reakcije (brže širenje – manje vremena za nukleosintezu) • Početni uslovi + fizika • Dobijamo primordijalne zastupljenosti • Poredimo sa posmatranjima • Proveravamo fiziku i kosmologiju! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs primordijalni nuklearni reaktor PRIMORDIAL LHC
Schramm grafik Zastupljenost vs. gustina bariona Krive: BBN predikcije 1σ greške – nuklearni preseci reakcija Merimo zastupljenost – očitamo gustinu bariona Merimo gustinu bariona – očitamo zastupljenost Jednostavno!(?) Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs teorijske Primordijalne zastupljenosti Cyburt et al. 2004, 2008
Nekada deuterijum za određivanje gustine bariona Danas gustinu bariona određena iz CMB posmatranja WMAP – Era kosmologije visoke preciznosti! CMB & BBN – testiramo kosmologiju! WMAP (Dunkley et al. 2008): Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs Kosmičko pozadinsko zračenje (CMB)
WMAP – fiksira gustinu bariona Teorija nukleosinteze dalje određuje primordijalne Jednostavno! Šta kažu posmatranja? Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs BBN & CMB
BBN teorijske krive CMB – barioni Posmatranja - pravougaonici 4He – OK D – pun pogodak! 7Li – problem! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs teorija vs. posmatranja? Cyburt et al. 2003, 2008
Cyburt et al. 2008. Teorija (plavo) Posmatranja (žuto) Litijum potpuno omašio! Raskorak za faktor 3-4! PROBLEM! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs saglasnost?
Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs problem litijuma
Dva izotopa – 6 i 7 • Proizvodnja 7Li • BBN • kosmičko zračenje (recept: udarni talas, magnetno polje, naelektrisane čestice) • fuzija • spalacija • u supernovama tipa II (neutrinski proces – spalacija u C omotaču usled neutrina – 11B, 10B i 7Li) • Proizvodnja 6Li • kosmičko zračenje Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Poreklo litijuma
Spite & Spite 1982 Zvezde niske metaličnosti u halou (Skoro) Jednaka zastupljenost Li ka niskim metaličnostima Vrlo malo odstupanja! Primordijalni plato? Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs merenja primordijalnog litijuma Lemoine 1997
Spite “plato” za faktor ~ 2- 4 niži od predviđene (CMB+BBN) primordijalne zastupljenosti Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs problem litijuma Asplund et al. 2006 Uništavanje Li umesto očekivane post-BBN proizvodnje!?
6Li “plato”? Ne proizvodi se tokom BBN epohe! • Post-BBN proizvodnja putem kosmičkog zračenja (CR) • Galaktičko CR - 6Li raste sa metaličnošću • Kosmološko CR? – 6Li ne zavisi od metaličnosti Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs problem litijuma još veći? Očekivan ali nizak 7Li plato 6Li plato Neočekivan Asplund et al. (2006)
Kosmološko kosmičko zračenje • Udarni talasi tokom formiranja struktura (npr. Dobardžić & Prodanović 2012) • Primordijalan sastav – samo H & He • Proizvode Li (6,7) bez nastanka drugih elemenata (Be & B) tipičnih za GCR • Ovako stvoren Li bi kontaminirao primordijalan sastav Li u zvezdama haloa (Suzuki & Inoue 2002) • Još veće odstupanje! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs problem litijuma još veći? Miniati et al. 2000
Merene zastupljenosti su ispod očekivanih u velikom opsegu niskih metaličnosti Kako ravnomerno uništiti Li u različitim zvezdama na različitim metaličnostima? Da li je 6Li plato zaista “plato” i zaista tu? Kontaminacija usled drugih izvora 6,7Li ? Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs glavni problemi
Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs ko je kriv? • Posmatranja? • Merene zastupljenosti pogrešne? • Problem sa modeliranjem zvezdanih atmosfera? • Teorija? • Merene zastupljenosti tačne? • Naći način da se Li uništi pre no što uđe u zvezde • Nova fizika?
Odlična u međuzvezdanoj sredini! • Oba izotopa jasno odvojena • Komplikovano u zvezdama • 6Li unosi samo malu asimetriju na liniju 7Li – iz toga dobijamo odnos zastupljenost i ovih izotopa Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs Posmatranja litijuma 7Li 6Li Knauth et al. 2002 Asplund et al. 2006
Apsorpcione linije u zvezdanim atmosferama • Modeliranje! Ne-LTE, 1D vs. 3D • Li u glavnom jonizovan u atmosferama • Mora se odrediti LiII/Li I odnos • Osetljivo na temperaturu • Rešenje Li problema zahteva mnogo veću temperaturu? ΔT ~ 500-600K? • Utiče na druge elemente (Be, B, O) • Casagrande et al. 2010 – nova, detaljna procena T skale daje ΔT ~ 200K Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs Posmatranja litijuma
Litijum se lako sagoreva u zvezdama • Konvekcija uništava! • Površinski materijal meša se u dublje slojeve – Li se sagoreva • Ako se 7Li sagoreva – 6Li se sagoreva još više! • Ali nedovoljno i neuniformno! • Različite zvezde – različite konvektivne zone • Javilo bi se odstupanje od “platoa”! • Zvezde niže metaličnosti imaju pliće konvektivne zone! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs modeliranje mešanja litijuma
Problem litijuma i dalje prisutan Bez ikakvog konvencionalnog rešenja...za sada Problem 7Li se mora rešiti bez da se stvore drugi problemi za druge lake elemente! Bonus: Isto rešenje kojim se uništava 7Li može biti novi 6Li? Uticaj tamne materije tokom BBN epohe? Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs Nova (astro)fizika
Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs izvan standardnog modela Uskoro!
Naći novu sredinu za merenje Li! • High Velocity Clouds (Prodanovic & Fields 204) • (U nekima) Niska metaličnost (~ 10% solarne) • Malo prašine • Bez komplikacija sa stelarnim modelovanjem • Nezavisan test pre-galaktičke proizvodnje Li • Ali visoka jonizacija, niska gustina, teško za merenje Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs drugačiji pristup
Nova sredinu za merenje Li! • Mali Magelanov oblak (Howk et al 2012) • Metaličnost ~ 0.20 solarne • Izmerena zastupljenost Li u gasnoj fazi (i izotopski odnos!) • Nezavisan test problema litijuma! Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs Mali magelanov oblak
Howk et al. 2012, Nature Merena zastupljenost u skladu sa teorijskom primordijalnom vrednošću (iznad merenog platoa) Problem Li usled zvezdanog modeliranja? Malo prostora za proizvodnju Li kosmičkim zračenjem post-BBN Tijana Prodanovic @ SF Cosmology Workshop prodanvc@df.uns.ac.rs Mali magelanov oblak
Interakcije, sudari i bliski prolazi utiču na morfologiju galaksija Posebno jak efekat na male satelitske galaksije pod dejstvom uticaja velike (npr SMC & MW) Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. bliski prolazi
Interakcije galaksija – jaki udarni talasi na velikim skalama (npr. Cox et al. 2006) Bliski prolazi galaksija – plimski udarni talasi “Magelanov mlaz” posledica plimske interakcije Malog i Velikog magelanovog oblaka pre ~ 2Gyr? ( Diaz & Bekki 2012) Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Plimski udarni talasi
Udarni talas + magnetno polje = plimskokosmičko zračenje (TCR) • Nukleosinteza – proizvodnja LiBeB • Ali ako sistem niske metaličnosti • nema CNO • proizvodnja samo 6,7Li • Dovoljno energije u grav. interakciji Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Plimsko kosmičko zračenje
Koliko Li može da nastane u ovakvim interakcijama? Jednostavan model – poredimo sa udarnim talasima supernovih Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. TCR & litijum GCR TCR vs • Kratko i intenzivno ubrizgavanje kosmičkog zračenja • Udarni talas na velikoj skali • Nije praćeno povećanjem metaličnosti • Konstantno ubrizgavanje kosmičkog zračenja • Udarni talas na maloj skali • Praćeno povećanjem metaličnosti
Ako LiTCR = LiGCR • koliki TCR fluks je potreban? • kolika treba da bude skala plimskog talasa? • Ukupna masa gasa preko koje treba plimski talas da predje u odnosu na ukupnu masu gasa u sistemu Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. TCR & Litijum metaličnost sistema efikasnost ubrzanja čestica u udarnom talasu koncentracija gasa sistema SNR poluprecnik do kog se čestice efikasno ubrzavaju masa Fe koju izbaci 1 supernova životni vek TCR populacije
Za solarnu metaličnost, čitav sistem treba biti 8 puta izložen plimskim talasima da TCR proizvedu istu količinu Li kao GCR! • SMC (metaličnost ~ 1/5 solarne) • Samo 2 interakcije dovoljne da TCR naprave istu količinu litijuma kao GCR! • SMC pretrpeo bar 2 interakcije sa LMC i 1 sa MW! Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. TCR, Litijum & SMC
Ako TCR nisu bili prisutni u SMC • Očekivani izotopski odnos je • Ako je značajna količina ukupne Li zastupljenost u SMC poreklom od TCR • Izotopski odnos biće • Izmereni izotopski odnos (Howk et al. 2012) • Naš model je u saglasnost sa posmatranjima! Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Implikacije
Ako je značajna količina ukupne Li zastupljenost u SMC poreklom od TCR • Li izmeren u SMC gasu nije reprezentativan za primordijalnu vrednost i poređenje sa MW – korekcija na dole! • Li problem ostaje! • Rešenje u nestandardnoj fizici? Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Implikacije
Pojačana radio emisija zbog prisustva TCR • očekuje se jaka sinhrotronska emisija na vremenskoj skali ~ 107 yr • Napomena: udarni talasi izazvali bi i intenzivnije formiranje zvezda – naknadno veći fluks standardnog GCR, ali vremenska skala duža • Uočena pojačana radio emisija u interagujući sistemu M51! • pogotovo izraženo kod manje interagujuće komponent! • TCR uhvaćeni na delu? Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Implikacije Whirpool, M51
Problem litijuma i dalje nerešen • Li meren u zvezdama haloa – komplikovano • Neophodno nezavisno merenje u gasu • Li meren u SCM gasu, 1/5 solarne metaličnosti • U skladu sa teorijskom primordijalnom vrednošću ali malo mesta za post-BBN proizvodnju Li • Ukazuje da je problem u modeliranju zvezda? Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Zaključak
SMC je “preživeo” nekoliko bliskih prilaza sa LMC i MW • Bliski prilazi rezultuju plimskim udarnim talasima • Plimsko kosmičko zračenje (TCR) • Koliko Li mogu TCR da naprave? (Prodanović, Bogdanović & Urošević 2012) • 2 bliska prilaza dovoljna da TCR naprave istu količinu Li kao GCR tokom istorije! • u skladu sa merenim izotopskim odnosom! • u skladu sa radio emisijom interagujućih sistema!? Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Zaključak
Interagujući sistemi • Veliki uticaj na manju interagujuću komponentu • Nova populacija kosmičkog zračenja • Nov izvor litijuma • SMC merenja Li • I Li u halo zvezdama i u SMC gasu niži od očekivane primordijalne vrednosti • Ukazuje na novu fiziku!? Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Zaključak
Seminar katedre za astronomiju, Beograd, 11.12. 2012. Hvala!