La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

ORIGINE delle STRUTTURE: un problema aperto Ronchi Federica.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "ORIGINE delle STRUTTURE: un problema aperto Ronchi Federica."— Transcript della presentazione:

1 ORIGINE delle STRUTTURE: un problema aperto Ronchi Federica

2 Modelli a componente barionica Modello gerarchico o bottom up Prevede la nascita prima delle strutture più piccole ed in seguito quelle di dimensioni maggiori

3 Problemi: Fine anni 70: scoperti superammassi di grandi dimensioni che il modello non riusciva a spiegare non essendo trascorso abbastanza tempo dal Big Bang Modello prevedeva produzione uniforme delle strutture in contrasto con distribuzione osservata

4 Modelli a componente barionica Modello monolitico o top-down Prevede che le fluttuazioni barioniche avvengano dapprima su grande scala formando oggetti diffusi dai quali si separano ammassi e galassie

5 Modello si avvicina alla distribuzione di materia osservata ma Problema: Non si osservano delle disomogeneità nel fondo a 3K comparabili con le grosse fluttuazioni previste da questo modello

6 SPETTRO CMB COBE FLUTTUAZIONI CMB COBE Corpo nero ideale T= K

7 Disomogeneità del CMB Ipotesi: accoppiamento materia-radiazione Le fluttuazioni di densità nella materia primordiale devono aver lasciato unimpronta sulla densità di radiazione In tali regioni CMB dovrebbe apparire più freddaOsservazioni COBE

8 COBE: Formazione strutture z~5 Ricombinazione z in ~ 1000 Perturbazione non entra in regime non lineare (δ1) per accoppiamento materia radiazione Crescita delle fluttuazioni lineari della materia:

9 CONCLUSIONE: I modelli a componente barionica hanno tutti il difetto di iniziare troppo tardi, dopo che la materia si è disaccoppiata con la radiazione bisogna ipotizzare esistenza di materia in grado di disaccoppiarsi in tempi precedenti: materia oscura

10 Materia Oscura Zwicky 1933: galassie di Coma si muovevano troppo velocemente per restare gravitazionalmente legate Velocità di rotazione delle galassie a spirale Cosmologia: origine delle strutture

11 Cosè la materia oscura? BARIONICA: pianeti, nane nere, buchi neri NON BARIONICA: Calda: particelle di Fredda: particelle piccola massaepiù pesanti e lente molto veloci Es. assioni, neutralini Es. neutrini

12 Modelli di componente oscura a componente non barionica Hot dark matter model Neutrini: interagiscono debolmente con la materia le fluttuazioni poterono prodursi in tempi anteriori Se m ν ~20-30 eV si hanno neutrini non relativistici quando T~ K Si formano strutture compatibili con le dimensioni dei più grandi superammassi

13 Problemi: Simulazioni dimostrano che tali modelli producono universi in cui la materia si aggrega in modo eccessivo a livello dei superammassi, difforme rispetto alle osservazioni Tali modelli non giustificano il formarsi delle galassie sferoidali nane Era necessario un tipo di materia che diventasse non relativistica prima dei neutrini

14 Modelli di materia oscura a componente non barionica Cold dark matter model Riedizione dei modelli bottom-up Le strutture più piccole si formano con molto anticipo e quindi con più tempo per produrre anche le strutture maggiori osservate

15 Le fluttuazioni (gaussiane) di densità sono descritte dal loro spettro di potenza primordiale P 0 (k) Lo spettro di potenza P(k) può essere espresso come la trasformata di Fourier della funzione di correlazione: La funzione di correlazione è definita come:

16 La funzione di correlazione restituisce la probabilità che presi due volumi random dV1 e dV2 ed osservata una galassia in dV1 ne venga osservata unaltra dV2. Essa fornisce il discostamento del nostro campione da una distribuzione del tutto casuale. Lo spettro primordiale delle fluttuazioni scalari è legato allo spettro di potenza rilevato a z

17 T(k) è la funzione di trasferimento che fornisce lampiezza delle fluttuazioni trasmesse alla ricombinazione in funzione della scala k. Tale funzione tiene conto della modulazione subita dallo spettro delle perturbazioni, dopo lentrata nellorizzonte, a causa di vari processi come la dissipazione sotto la massa di silk, leffetto di free streaming, leffetto di stagnazione. A s è lampiezza delle fluttuazioni scalari alluscita dal regime inflazionario, n s è lindice spettrale

18 Spettro di potenza delle fluttuazioni Il numero donda k è legato alla massa: Quando k è grande, la massa è piccola, quindi lampiezza della fluttuazione P(k) è anchessa piccola

19 Collasso delle perturbazioni Instabilità di Jeans: le perturbazioni collassano quando la loro autogravità supera la forza di pressione Lunghezza di Jeans: F G = G M α / r 2 F P = α v s 2 / r r J = v s (Gρ) -1/2 v s è la velocità del suono che dipende dalla pressione e dalla densità

20 Ma: dobbiamo introdurre la materia oscura nel collasso. Materia oscura = materia non collisionale se v* è la velocità casuale delle particelle, allora lequivalente di r J è detta: lunghezza scala di free streaming r FS = v* (Gρ) -1/2 Una sovradensità non può persistere se le particelle che la compongono fuggono via prima che questa riesca a crescere

21 v* è determinata dallo stato termodinamico delle particelle al momento del disaccoppiamento: particella ha v*~c: HDM r FS Mpc si formano ammassi M~10 15 M particella non relativistica v* bassa: CDM r FS trascurabile tutte le perturbazioni sopravvivono le fluttuazioni più piccole vengono dissipate

22 Evoluzione delle perturbazioni Perturbazioni primordiali: adiabatiche, isoterme Perturbazioni (CDM) non crescono prima dellequivalenza a causa delleffetto Meszaros Attrito viscoso tra barioni e fotoni porta al congelamento delle fluttuazioni dei barioni fino alla ricombinazione Dopo la ricombinazione i barioni cadono nelle buche di potenziale della CDM Spettro di potenza alla ricombinazione: P rec (k)=P 0 (k)T 2 (k)

23 Conclusioni CDM: Formazione di stelle guidata da aloni di materia oscura Aloni costituiscono le buche di potenziale entro cui il gas può cadere Formazione strutture in modo gerarchico Modello che si avvicina alle osservazioni


Scaricare ppt "ORIGINE delle STRUTTURE: un problema aperto Ronchi Federica."

Presentazioni simili


Annunci Google