Gravitační čočky

a temná hmota vesmíru

David Heyrovský Ústav teoretické fyziky MFF UK, Praha

Přednášky z moderní fyziky

18.11.2010

Plán přednášky

Temná hmota ve vesmíru – proč? kde?

- gravitační účinek na pohyb astrofyzikálních objektů

Gravitační účinek hmoty na průchod světla

- gravitační čočkování silné a slabé

Mapování rozložení temné hmoty slabým čočkováním

M33

Spirální galaxie - měření orbitální rychlosti v disku

NRAO (2001)

Corbelli & Salucci (2000)

Rωv

R/GMv

Rotační křivka spirální galaxie

Rotační křivky spirálních galaxií

Kaufmann & Freedman (1999)

Eliptické galaxie – měření rychlostního rozptylu

Shu (1982)

Abell 1689 optický snímek (Hubbleův dalekohled)

Kupy galaxií – měření rychlostního rozptylu

Agu

erri

et a

l. (2

007)

Abell 1689 rentgenový snímek (družice Chandra)

Abell 1689

kinematika galaxií a kup galaxií

ohyb světla (galaxie, kupy galaxií, kosmol. rozložení hmoty)

anizotropie mikrovlnného reliktního záření

nukleosyntéza po Big Bangu

kosmologické simulace vzniku struktury

etc.

Astrofyzikální indikátory temné hmoty

Průchod světla gravitačním polem

0Newtonovská gravitace + nehmotné fotony:

d

M

dc

GM2

4Einsteinova Obecná teorie relativity:

Gravitační čočka

LDc

GM2

4)( jednoduchá čočka:

čočková rovnice S

LS

D

D

poloha obrazů proE ||0

2

2

4

1

2

10

β

θEA,B

A

MDS

DLS

DL

α

θ

β

B

sDDc

GMD

L

LSE 2

4 Einsteinův

poloměr

22E

viděno na nebi

CASTLeS http://cfa-www.harvard.edu/~bmcleod/castle.html

Kvasar 0957+561

(Walsh, Carswell, Weymann 1979)

http://www.astr.ua.edu/keel/agn/q0957.html

http://cfa-www.harvard.edu/castles/Individual/Q0957.html

http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1990/20/image

silné čočkování – pozorování násobných obrazů zdroje

(Č: galaxie, kupa galaxií; Z: kvasar, galaxie)

slabé čočkování – měření deformace hlavního obrazu zdroje

(Č : kupa galaxií, větší struktury; Z: galaxie)

mikročočkování – pozorování časově proměnného zjasnění

(Č : hvězda, hvězdná soustava; Z: hvězda, kvasar)

Režimy gravitačního čočkování

Lokální chování čočkové rovnice

/11 /22 /11 /22 /12

1 1

2 2( ), cos(2 ) ( ), sin(2 )

parametry popisující lokální chování:

konvergence

shear

fáze

čočková rovnice:

gravitační potenciál

plošná hustota hmoty

Slabé čočkování

1

1

)1(

)1(

b

a

Schneider (2005)

1,

211

1

a

bpoloosy poměr

Postup při mapování hmoty:

měření γ -> výpočet ψ -> výpočet κ -> získání plošné hustoty

http://www.cita.utoronto.ca/~hoekstra/lensing.html

Will

iam

son

et a

l. (2

008)

http://www.cita.utoronto.ca/~hoekstra/lensing.html

1E0657-551E0657-558: opticky8: opticky

1E0657-551E0657-558: rentgen ... „Bullet cluster8: rentgen ... „Bullet cluster””

Clowe et al. (2006)

Clowe et al. (2006)

σ/m < 0,7 cm2 g-1

Randall et al. (2008)

animace: http://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0657/bullet_lg.mpg

MACS J0025.4-1222 ... „Baby bullet clusterMACS J0025.4-1222 ... „Baby bullet cluster””

σ/m < 4 cm2 g-1

Bradač et al. (2008)

Abell 520 ... „Cosmic train wreckAbell 520 ... „Cosmic train wreck””

animace: http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/videos/hs-2007-17-a-high_quicktime.mov

Cosmic shear

= slabé čočkování kosmologickým rozložením hmoty

http://apod.nasa.gov/apod/ap080330.html

COSMOS (Massey et al. 2007)

WL + fotometrické redshifty

3-D mapování hmoty