חזי יצחק, מיכל וולטר
description
Transcript of חזי יצחק, מיכל וולטר
בתיכון בהוראה האפל החומר נושא שילובהטבע של היסודיים החלקיקים עולם
ויצמן במכון העיון 26.11.13יום
, וולטר מיכל יצחק חזי
http://www.boker.org.il/meida/negev/desert_biking/school/dark_matter/dark-matter-003.htm
? היקום המסה הרכב על יודעים אנו מה ... מאד שמעט מסתבר
צוויקי – פריץ Fritz Zwicky-1933היסטוריה
גלקסיות • של המהירויות את חקר" comaבצביר פ ע המסה את וחישב
>--- הצביר של והבהירות המהירותהמהירות פי על המחושבת המסה
פי ----<10גדולה הנראית מהמסה" אפלה " מסה קיימת המסקנה
:// . . . / / / _ 2/ _http imagine gsfc nasa gov docs science mysteries l dark.matter html
? המהירות פי על המסה את מחשבים איךהשמש מערכת דוגמה
2
2
2
2( )
s p p
s
GM M M vr rrM vG
M r v
של ברדיוס הנמצאת שהמסה חישבו פיזיקאיםשמש 46היא מסות מיליארד
204*10 mr
Triangulum Galaxy
ממכניקה דוגמהתנועה- קלאסית
מסה של סיבובית . שונות במתיחויות
" בהירות פ ע מסה חישוב• " פ ע גלקסיה של המסה את לחשב ניתן
בין והקשר שלה המרחק וידיעת הבהירותלמסה בהירות
3.5s
s
MM LL
את מחשבים כאשרשל Triangulumהמסה
מקבלים" הבהירות פ עשל מסה מיליארד 7רק . שמש מסות
סיבוב – Rotation Curvesעקומות
של • כפונקציה מסלולית מהירות של גרפיםהגלקסיה ממרכז המרחק
לכת • כוכבי 1עבורsv M G
r
The Solar System
Planet r[km*1000] r[km] T [day]
Mercury 57910 57910000 87.97
Venus 108200 1.08E+08 224.7
Earth 149600 1.5E+08 362.2
Mars 227940 2.28E+08 686.98
Jupiter 778330 7.78E+08 4332.71
Saturn 1429400 1.43E+09 10759.5
Uranus 2870990 2.87E+09 30685
Neptun 4504300 4.5E+09 60109
Pluto 5913520 5.91E+09 90550
0 2000000000 4000000000 6000000000 80000000000
10
20
30
40
50
60
f(x) = 363637.174488513 x^-0.499808502399165R² = 0.999989704378476
v[km/s]Power (v[km/s])
r[km]
v[km
/s]
Rotation Curve for the Solar Systemהתלמידים עם לבצע ניתן
Rotation curves for Saturn’s moon
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
16000000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
f(x) = 6330.57891450877 x^-0.502032115520361R² = 0.999950411917352
Saturn
r[km]
v[km
/s]
- רובין ורה גלקסיות של סיבוב 1967עקומות
"Fame is fleeting. My numbers mean more to me than my name. If astronomers are still using my data years from now, that's my greatest compliment."
שביל גלקסית של הסיבוב עקומתהחלב
"In a spiral galaxy, the ratio of dark-to-light matter is about a factor of ten. That's probably a good number for the ratio of our ignorance-to-knowledge. We're out of kindergarten, but only in about third grade.“ Vera Rubin
Milky way r[kpc] r[ly]
2 65202.5 81503.5 114104.5 146705.5 179306.7 21842
7 228207.5 244509.5 30970
10.3 3357811.5 3749012.5 4075013.3 4335814.5 4727015.5 5053016.5 5379017.5 5705018.5 60310
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 700000
50
100
150
200
250
300
350
Milky Way Galaxy
r [light years]
v [k
m /
s]
Calculating the mass of Milky Way
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 700000
50000000000100000000000150000000000200000000000250000000000300000000000350000000000400000000000450000000000
Series1
r [light years]
Mas
s in
Msu
n2
rv rMG
NGC 2998
:// . . / / / _2715/ / / /http www wolframalpha com entities galaxies NGC sv bw lm
NGC 2715
NGC 3495 NGC 801
של סיבוב עקומותנוספות גלקסיות
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 1400000
50
100
150
200
250
NGC 801NGC 3495NGC 2998NGC 2715
r [Light Years]
v [k
m/s
]
M33גלקסיה
מרכז סביב כוכבים סיבוב של סימולציההגלקסיה
אפל חומר ללא אפל חומר עם
קיום ללא קרסו גלקסיות של נומריות סימולציותאפל – 1973חומר
הגלקסיות ליציבות תורם האפל החומר
James Peebles (left) and Jeremiah Ostriker (right) found evidence for dark matter in their computer simulations.
- בטמפרטורה מרחביים שינויים נוספת עדותהרקע קרינת של
This map shows the pattern of temperature variations in the cosmic microwave background (CMB) measured with the WMAP satellite. WMAP made a differential measurement of the CMB temperature with two sensitive radio antennae mounted with a fixed displacement between them. As the satellite rotated, the radio antennae traced out temperature variations in the entire sky. The largest temperature differences (between the red and dark blue regions) are about 0.0004 K, and the characteristic angular size of the temperature variations is around 1 degree. By analyzing the detailed pattern in this map, WMAP scientists infer that less than 4 percent of the universe is ordinary matter, and 23 percent is dark matter.
- עידוש האפל החומר של לקיומו נוספת עדותכבידתי
2
4GMdc
החומר מהו האפל?
Candidate Mass range Pros Cons
Astronomical objects (failed stars, black holes, MACHOs...)
1050-1063 eVRather conservative scenario; lensing searches effective
Amount of ordinary matter made in Big Bang falls short of total dark matter we need; not detected via lensing searches
Neutrinos <2 eVKnown to exist, and have mass so a natural candidate
Tiny neutrino mass inhibits clumping on small scales needed to hold galaxies together
Axions 10-6 eV
Postulated to solve a different problem altogether; dark matter aspect comes for free
Tough to detect
Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs)
1010 eV
Plausible class of new elementary particles that emerge from multiple theories beyond the Standard Model
Have evaded detection in accelerators to date
Alternative Gravity Scenarios N/A
No mysterious new matter needed, but rather a modification of gravity
Hard to reconcile with Bullet Cluster observations; theories seen as "inelegant"
Dark Sector Interactions N/A
Two new pieces of physics: exotic dark matter particles plus new interactions between them; might help reconcile experiments
Added complexity; wider range of phenomenology; tougher to rule out
CERN Axion Solar Telescope (CAST) . שימוש בשמש שנוצרים אקסיונים אחר חיפוש
מאד חזק מגנטי קרינת 9.5בשדה וגלאי טסלהX . התגלו – טרם עתה עד
חלקיקים של לפיזיקה קוסמולוגיה בין קשראלמנטריים
- ה אחר בדקוטה WIMP החיפוש במכרההדרומית
The Large Underground Xenon (LUX) detector contains 350 kg of cold liquid xenon that will scintillate when it interacts with a WIMP. The liquid xenon, held in the blue oblong vessel in this cutaway diagram, sits inside an 8-meter-diameter by 6-meter-high tank of water that reduces background signals from gamma radiation by seven orders of magnitude. Isolated from other sources of radiation by almost 1500 meters of rock, LUX will improve sensitivity to WIMPs by a factor of 100 over previous methods.
AMS-02 –Alpha Magnetic Spectrometer
- " א ונאס לצרן משותף פרויקטעל שהותקן חלקיקים גלאי
. הבינלאומית החלל מעבדתחומר אנטי למדוד מתוכנן
- . ב קוסמיות 2013בקרנייםשל תוצאות חודשים 18פורסמו
עדות נתגלתה בהן מדידות של . האפל החומר של לקיומו
:// . . /http ams nasa gov
ראשון – PRLמאמר
- אפל חומר אין ואוליתאוצות עבור מתוקנת ניוטונית דינמיקה
MONDקטנות מילגרום' מרדכי פרופ
2
020
02
for
for
a GM a aa rGMa a ar
נתונים מול תיאוריה
החומר של הנושא את לשלב המוטיבציה מה? בתיכון בהוראה האפל
בהווה – • מתרחש עכשווי מדעסקרנות – • פתורות לא חידות• - שחיקה מניעת למורים עניין מוסיףמתקדמות • טכנולוגיות על לימודגמר • ועבודות פרויקטים ביצוע
? קיים מה PI The Mysteryמודול •
of the Dark Matter •The physics of the 21st
Century
Uranus –A very badly behaved planet
• Discovered by William Herschel in 1781 • Period of revolution 84 years, average distance from the Sun is: 19 AU. • After 1800, discrepancies started to be apparent between the planet position as
predicted by theory and as measured in the sky
Uranus –A very badly behaved planet
• Discovered by William Herschel in 1781 • Period of revolution 84 years, average distance from the Sun is: 19 AU. • After 1800, discrepancies started to be apparent between the planet position as
predicted by theory and as measured in the sky
Neptune Discovery Chronology • In October 1845, Adams wrote to George Airy,
the Astronomer Royal of Greenwich Observatory, claiming that he had solved the problem of Uranus' orbit, and stating the position where the unknown planet could be found.
• In December 1845 (just two months after Adams), Le Verrier independently published a short manuscript on the orbit of the missing planet.
• Neptune was ultimately discovered by the German astronomer Johann Galle, on September 29, 1846, using Le Verrier’s predictions.