16/28 Standardní model vývoje Vesmíru • Model expandujícího Vesmíru, který vznikl při Velkém třesku. • Model založen na Obecné teorii relativity a Standardním modelu elementárních částic. • Čím blíže jdeme k okamžiku Velkého třesku, tím jsou naše odhady dějů závislé na našich modelech z oblasti částicové fyziky, modelech interakcí částic s extrémní energií. • Naše modely jsou na urychlovačích částic experimentálně ověřeny pouze do určité energie. • Při popisu dějů těsně po Velkém třesku fyzikové využívají i modely „za Standardním modelem“ – supersymetrické modely, kvantový popis gravitace,... • S vývojem znalostí zákonů mikrosvěta se budou zpřesňovat také naše znalosti o vývoji Vesmíru v prvních okamžicích po Velkém třesku. 17/28 Planckova epocha • Do 10-43 s po Velkém třesku. • Silná, slabá, elektromagnetická a gravitační interakce mezi částicemi mají stejnou velikost. Na konci této epochy teplota Vesmíru klesla na 1032 K, energie částic na 1019 GeV, hustota Vesmíru na 1094 g/cm3, oddělila se gravitační interakce. • Podle Obecné teorie relativity tvořila Vesmír v čase 0 s singularita. Kvantové efekty gravitace, případně strunové vlastnosti částic, měly vliv na vývoj Vesmíru v této době, proto není příliš jasné, co se v té době dělo. 18/28 Epocha Velkého sjednocení • 10-43-10-35 s po Velkém třesku. • Vlivem rozpínání Vesmíru a se gravitační interakce oddělí od silné, slabé a elektromagnetické interakce. • Silná, slabá a elektromagnetická interakce mají srovnatelně velkou velikost, popisuje je model tzv. Velkého sjednoceni – GUT (viz přednáška Tajemství mikrosvěta). • Během této etapy teplota Vesmíru klesla z 1032 K na 1027 K, energie částic během této etapy klesly na 1015 GeV. • Na konci této epochy, když klesla teplota Vesmíru pod kritickou mez, se přestaly tvořit bosony X a Y (předpovězené GUT), zbylé X a Y se rozpadaly. Tyto procesy narušující CP symetrii a zákon zachování baryonového čísla mohly způsobit nepatrný přebytek kvarků nad antikvarky a tedy později i baryonů nad antibaryony (1+1010:1010) – proces baryogeneze. Proto je dnes Vesmír tvořen převážně hmotou a ne antihmotou. 19/28 Inflační epocha • 10-35-10-32 s po Velkém třesku. • Rapidně se zvýšila rychlost rozpínání Vesmíru. • Během této etapy se zvětšil lineární rozměr vesmíru minimálně 1026 krát. • Předpokládá se, že inflační fáze byla způsobena fázovým přechodem na konci etapy Velkého sjednocení. Ten vytvořil tzv. „inflační“ skalární pole, které se projevovalo silným tlakem na expanzi Vesmíru. Z energie tohoto pole se vytvořilo velkém množství částic – kvarků a gluonů. • Vlivem extrémně rychlého rozpínání se smazaly možné nehomogenity, které mohly ve Vesmíru vzniknout v dřívějších fázích. Proto je Vesmír na velkých vzdálenostech prakticky homogenní a izotropní. 20/28 Elektroslabá epocha • 10-32-10-12 s po Velkém třesku. • Elektromagnetická a slabá interakce jsou stále sjednocené, při teplotě 1027 K se oddělila silná interakce. • Částice mají dosud dostatečné energie, aby při srážkách vznikalo velké množství Z0, W+,W- bosonů, Higgsových bosonů. • Na konci epochy klesla teplota na 1015 K. 21/28 Epocha kvarků • 10-12-10-6 s po Velkém třesku. • Při teplotě 1015 K (energie částic 100 GeV) se od elektro-slabé interakce oddělila slabá interakce. • Od té doby je velikost všech interakcí stejná jako v dnešním Vesmíru. • Vesmír byl v té době stále příliš horký, kvarky tvořily horkou kvark-gluonovou plazmu. Hadrony (částice složené z kvarků) dosud neexistují. 22/28 Epocha hadronů • 10-6-1 s po Velkém třesku. • Vesmír zchladnul natolik (1013 K, 1 GeV), že byla umožněna tvorba hadronů – vázaných systémů kvarků. V té době tedy vznikly protony a neutrony. • Antihadrony zanihilovaly s hadrony a zbylé hadrony tvoří dnešní hmotu ve Vesmíru. • 1 s po Velkém třesku byl Vesmír natolik řídký a chladný (3x1010 K, 1 MeV), že velké množství neutrin, které byly ve Vesmíru, přestalo interagovat s ostatními částicemi hmoty (Vesmír se stal pro neutrina průhledný). Od té doby se tato neutrina volně pohybují Vesmírem a tvoří tzv. reliktní neutrinové pozadí. Reliktní neutrina mají dnes energii ~0.0004 eV, proto nebyla dosud registrována. V každém cm3 prostoru se nachází 330 reliktních neutrin. • Od konce epochy hadronů se vlivem rozpadů začíná snižovat počet neutronů (poločas rozpadu ~900 s). 23/28 Epocha leptonů • 1-3 s po Velkém třesku. • Na konci hadronové epochy velká většina hadronů a antihadronů anihilovala. • Zůstaly leptony a antileptony, které tvořily většinu částic hmoty ve Vesmíru. • 3 s po Velkém třesku Vesmír dále ochladl (6x109 K, 600 keV), přestaly se tvořit nové leptony a antileptony. Většina antileptonů zanihilovala s leptony. Kvůli narušení CP symetrie v dřívějších procesech, převážily leptony nad antileptony. 24/28 Epocha fotonů • 3 s – 380 000 let po Velkém třesku. • Na konci leptonové éry většina leptonů/antileptonů zanihilovala. • Většinu energie ve Vesmíru tvořily fotony. • Fotony silně interagovaly s nabitými protony a elektrony. Nukleosyntéza • 100–300 s po Velkém třesku. • Teplota Vesmíru poklesla natolik, že mohly existovat vázané systémy protonů a neutronů – atomová jádra. Od té doby se počet neutronů přestal snižovat. • Vytvořila se lehká jádra – převážně helium, deuterium. Dominance hmoty • 70 000 let po Velkém třesku (103 K, 1 eV) – do té doby hustota energie záření stejná jako hustota energie hmoty. Poté postupně převládne hmota, vlivem gravitace se začínají tvořit první nehomogenity hmoty – budoucí zárodky galaxií. 25/28 Konec epochy fotonů Rekombinace • Na konci epochy fotonů (4 000 K, 0.4 eV) se začínají formovat atomy vodíku a helia (vznikají vázané systémy elektronů a jader atomů). • Fotony přestávají interagovat s elektrony a od té doby se volně pohybují jako mikrovlnné reliktní záření. 26/28 Epocha hmoty • Od 380 000 let po Velkém třesku. • Následný vývoj Vesmíru určuje gravitace. • Vlivem gravitace se formují nejprve struktury malého rozměru (hvězdy), poté galaxie a systémy galaxií. 27/28 Temný věk • Od 380 000 – 400x106 let po Velkém třesku. • Dosud neexistují žádné hvězdy. • Velmi malé množství vodíku je ionizovaného, proto jediné elktromagnetické záření, které je v té době vytvářeno, má vlnovou délku 21 cm (elektron v el. obalu vodíku, který má stejně orientovaný spin jako proton změní svou orientaci a dostane se tak do stavu s nižší energií - vyzáří při tom foton o specifické vlnové délce 21 cm). 28/28 Tvorba prvních hvězd • Od 400x106 let po Velkém třesku. • Končí doba temna - tvoří se první velmi masivní hvězdy (s hmotností ~100 Sluncí). Jejich vývoj je velmi rychlý (106 let).