Πατέλλης Γρηγόρης Επιβλέπων: κ. Ε. Γαζής 8ο Εξάμηνο Σ.Ε.Μ.Φ.Ε. Ανίχνευση της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (CMB Radiation) μέσω των ραδιοτηλεσκοπίων CO.B.E και PLANCK Πατέλλης Γρηγόρης Επιβλέπων: κ. Ε. Γαζής 8ο Εξάμηνο Σ.Ε.Μ.Φ.Ε.

Ιστορική Αναδρομή 1948: Πρόβλεψη του CMB από τους Gamow, Alpher και Herman με θερμοκρασία 5 Κ 1965: Τυχαία ανακάλυψη του CMB από τους Α. Penzias και R. W. Wilson 1978: Βραβείο Nobel στους Penzias, Wilson

Πολλά, πολλά χρόνια πριν… 10⁻³⁷ seconds μετά το Big Bang κοσμικός πληθωρισμός (τάξης 10⁷⁸)εξομαλύνει τις ανομοιογένειες 10⁻⁶ seconds αργότερα το σύμπαν αποτελείται από καυτό πλάσμα φωτονίων, ηλεκτρονίων και βαρυονίων 379000 χρόνια μετά σε θερμοκρασία 3000 Κ σχηματίζονται τα πρώτα άτομα υδρογόνου - σχηματισμός CMB

Η Ακτινοβoλία CMB Έχει σήμερα θερμοκρασία ίση με 2,725 Κ Εκπέμπεται από την επιφάνεια της τελευταίας σκέδασης Έχει ομογενοποιηθεί σχεδόν πλήρως Αποτελεί το ακριβέστερο μελανό σώμα που έχουμε μετρήσει Παρόλα αυτά έχει κάποιες ανισοτροπίες

Πρωτογενής ανισοτροπία Πριν την τελευταία σκέδαση… Πρωτογενής ανισοτροπία Πριν την τελευταία σκέδαση… Απόσβεση θερμικών ανισοτροπιών μέσω διάχυσης των φωτονίων Οι βαρυτικές δυνάμεις μεταξύ των βαρυονίων δημιουργούν ανισοτροπίες (χωρικές και θερμικές) Αποτέλεσμα: ακουστικές ταλαντώσεις του CMB, χαρακτηριστική δομή των κορυφών Πρώτη κορυφή ⇒ καμπυλότητα σύμπαντος Δεύτερη κορυφή ⇒ βαρυονική πυκνότητα Τρίτη κορυφή ⇒ πυκνότητα σκοτεινής ύλης Ανάδειξη θεωρίας κοσμικού πληθωρισμού ως κυρίαρχο μοντέλο

Δευτερογενής Ανισοτροπία Τα σκοτεινά χρόνια… Δευτερογενής Ανισοτροπία Τα σκοτεινά χρόνια… Την περίοδο μεταξύ της τελευταίας σκέδασης και της παρατήρησης των πρώτων αστέρων το διαγαλαξιακό κενό ήταν γεμάτο με ιονισμένη ύλη Το CMB που περνούσε μέσα από το νέφος ιονισμένων ηλεκτρονίων «έκλεβε» λίγη ενέργεια (Sunyaev – Zel’dovich effect) Λόγω βαρυτικών δυνάμεων μεταξύ αυτής της ύλης το CMB έχανε λίγη ενέργεια (Sachs – Wolfe effect) Ομοιότητα μεταξύ του τετραπόλου και του οκταπόλου του CMB συνιστά τους άξονες του κακού

Η Αποστολή COBE Αρχική ιδέα της NASA το 1976 Καθυστέρηση λόγω οικονομικών προβλημάτων και έκρηξης Challenger Εκτόξευση το 1989 Λειτουργία 4 χρόνων Βραβείο Nobel στους J. Mather και G. Smoot το 2006

Ο δορυφόρος Τρία όργανα μέτρησης: DMR, FIRAS και DIRBE Θερμομονωτικό δοχείο με υγρό ήλιο 1,4 Κ Θωράκιση (shield) από την μη επιθυμητή ακτινοβολία Τροχοί ορμής Φωτοβολταϊκοί πίνακες Αντέννα επικοινωνίας

Το DMR Differential Microwave Radiometer Σχεδιασμένο για μέτρηση των εγγενών ανισοτροπιών του CMB Αποτελείται από 6 μικροκυματικά ραδιόμετρα Μετρά σε 3 συχνότητες: 31,5, 53 και90 GHz Οι διακυμάνσεις που μετρήθηκαν είναι της τάξης του 1 : 100.000

Το FIRAS Far-InfraRed Absolute Spectrophotometer Μέτρηση της ομοιότητας του CMB με μέλαν σώμα και της θερμοκρασίας του Βασίζεται στη συμβολή δύο Η-Μ κυμάτων Περιλαμβάνει μία κλειστή κοιλότητα που προσομοιάζει μέλαν σώμα Η θερμοκρασία μετρήθηκε 2,725±0,002 Κ

Η προσφορά του COBE Μέτρηση της ακριβούς θερμoκρασίας του CMB Σημαντικές πληροφορίες για τις ανισοτροπίες του και τη σχέση του με τη θεωρία του Big Bang Άλλες αστρονομικές και κοσμολογικές παρατηρήσεις

Η Αποστολή Planck Στόχοι: Αποτελεί μέρος του Horizon 2000 Scientific Programme Στόχοι: Χαρτογράφηση του CMB σε πολύ μικρότερες κλίμακες Παρατήρηση του φαινομένου του βαρυτικού φακού στο CMB

Εκτόξευση και τροχιά Εκτόξευση στις 14 Μαΐου 2009 Ισχυρά ελλιπτική τροχιά το φέρνει κοντά στο L2 σημείο Προσέγγιση του L2 σημείου στις 3 Ιουλίου 2009 και αρχή τροχιάς Lissajous 400.000 km περί του L2

Ο δορυφόρος Αποτελείται από το τηλεσκόπιο Από το όργανο χαμηλής συχνότητας (LFI) και από το όργανο υψηλής συχνότητας (HFI) Από ένα σύστημα κρυογενικής που είναι υπεύθυνο να κρατά το LFI σε θερμοκρασία 20 Κ, το HFI σε 0,1 Κ και το τηλεσκόπιο σε 45 Κ Λοιπά ηλεκτρονικά και αντέννα επικοινωνίας Το σύστημα κρυογενικής είναι σχεδιασμένο από τη NASA, όπως και τα βολόμετρα πουχρησιμοποιούνται στα δύο όργανα

Τα όργανα LFI και HFI Το LFI Το HFI Έχει τρία κανάλια συχνότητας, από 30 μέχρι 70 GHz Χρησιμοποιεί Τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων Το HFI Έχει έξι κανάλια συχνότητας, από 100 μέχρι 857 GHz Χρησιμοποιεί βολόμετρα Το CMB έχει την κορυφή του στα 160,2 GHz Συχνότητες του LFI 30 GHz 44 GHz 70 GHz Συχνότητες του HFI 100 GHz 143 GHz 217 GHz 353 GHz 545 GHz 857 GHz

Το Τηλεσκόπιο Πρόκειται για ένα μη αξονικό κεκλιμένο Γρηγοριανό τηλεσκόπιο Η ασπίδα και το διάφραγμα μαζί αποτελούν το διαφραγματικό σύστημα, υπεύθυνο για την αποφυγή εισόδου ανεπιθύμητης ακτινοβολίας Τα V-grooves είναι κωνικά φύλλα που ψύχουν το τηλεσκόπιο

Αποτελέσματα και Προσδοκίες Από την αποστολή αυτή αναμένουμε πληροφορίες που θα μας προσφέρουν: Πληρέστερη εικόνα για το μακρινό παρελθόν Γνώση για το σχηματισμό των πρώτων αστέρων και γαλαξιών (Ίσως) επιβεβαίωση της θεωρίας του Κοσμικού Πληθωρισμού Η χαρτογράφηση του ουρανού από το Planck ξεκίνησε στις 13 Αυγούστου 2009 Στις 15/1/2010 η αποστολή πήρε 12 μήνες παράταση, κάτι που επαναλήφθηκε ένα χρόνο αργότερα, επεκτείνοντας τη λειτουργία του δορυφόρου μέχρι το 2012.

Η σημασία του CMB Αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο στη θεμελίωση της θεωρίας του Big Bang Εξηγεί τις ανομοιογένειες στο σύμπαν Εξηγεί τη δημιουργία των πρώτων αστέρων και Γαλαξιών Ίσως μία μέρα μας αποκαλύψει μυστικά ακόμα πιο πίσω από την τελευταία σκέδαση

Βιβλιογραφία www.wikipedia.org www.rssd.esa.int lambda.gsfc.nasa.gov Particle Physics Booklet July 2008 , LBNL and CERN The Physics of the Early Universe, E. Papantonopoulos General Relativity. A First course for Physicists, J.L. Martin

Σας Ευχαριστώ Πολύ Για Την Προσοχή Σας Σας Ευχαριστώ Πολύ Για Την Προσοχή Σας