Темная энергия в скоплении галактик Вирго.

Темная энергия
в скоплении галактик Virgo
А.Д. Чернин, В.П. Долгачев, Л.М. Доможилова (ГАИШ),
И.Д. Караченцев , О.Г. Насонова (САО),
P. Teerikorpi, M.J. Valtonen (Turku), G.G. Byrd (Alabama)
1
Наблюдения космологического расширения
на самых больших (≈ 3 000 Мпк) расстояниях
(Riess et al. 1998, Perlmutter et al. 1999):
* Вселенная расширяется с ускорением
* Ускорение возникает из-за антитяготения
* Антитяготение сильнее тяготения
* Антитяготение создается темной энергией
2
Энергетический состав Вселенной
Radiation
0.01%
3
Глобальная космология (CDM)
Темная энергия в стандартной модели:
* среда с плотностью
ρ = Λ /(8 π G) > 0
в любой системе отсчета (c = 1)
* уравнение состояния (Глинер 1965)
p  = - ρ
* вакуум: движение и покой неразличимы
4
Антитяготение
ОТО: сила тяготения
пропорциональна сумме
+3p
Для темной энергии
+ 3 p = -2  < 0 !
(c=1)
5
Наблюдательные данные (2010)
 = (0,72 ± 0,03) • 10-29 г см-3
P/ = - 1 ± 0,1
(c = 1)
6
Локальная космология
* масштаб ~ 1-10 Мпк
* хаббловские ячейки:
группы и скопления галактик с потоками
разбегания вокруг них
* фон темной энергии
* баланс тяготения и антитяготения
7
Местная хаббловская ячейка:
Местная группа + местный хаббловский поток
nanoverse
Karachentsev et al. 2006
6 Mпк
|---------------------------------------------------|
Местная хаббловская ячейка:
Местная Группа + местный хаббловский поток
HST data
Karachentsev et al. 2009
Поле сил вокруг сферической массы
В системе центра массы
M
FN
FE
Ньютон:
FN = - G M R -2
Эйнштейн:
FE = + (8/3) G ρ R
(на единицу массы)
10
Закон всемирного антитяготения
F = - G Meff/R2
Meff = (4/3) ( + 3 p) R3
Для темной энергии + 3 p = -2 
FE = + (8/3) G  R
на языке ньютоновой механики
11
Антитяготение сильнее тяготения, если
M
R > R = [ 3 M/(8 ρ) ]1/3
Радиус нулевого тяготения
R ≈ 1 • (M/1012 Msun) 1/3 Mpс
(Chernin et al. 2000)
12
РАДИУС НУЛЕВОГО ТЯГОТЕНИЯ
R = [ 3 M/(8 ρ) ]1/3
M
FN
FE
Группы галактик:
M = (1-10) 1012 Msun 
R = 1-2 Mpc
Скопления галактик:
M = (0.1-10) 1015 Msun 
R = 5-20 Mpc
Местная хаббловская ячейка
nanoverse
РАДИУС НУЛЕВОГО ТЯГОТЕНИЯ
R = 1.2-1.5 Mpc
M = (2-4) 1012 Msun,
6 Mпк
|---------------------------------------------------|
Karachentsev et al. 2006
Местная хаббловская ячейка
Группа:
R =1.2-1.5 Mpc
R < R
Тяготение
доминирует
Поток:
HST data
Karachentsev et al. 2009
R > R
Aнтитяготение
доминирует
Ближайшие хаббловские ячейки
CenA
M81
16
Местная Вселенная
17
Скопление галактик Virgo: центральная область
1o = 0.3 Mpc
18
Центральная область Virgo: рентген
ROSAT
19
Virgo: рентген
20
Скопление Virgo и виргоцентрический поток
θ = 60o
Каraсhentsev & Nasonovа 2010
• TRGB+Ceph = 37
Ntot = 467
21
Скопление Virgo и виргоцентрический поток
θ = 60o
Каraсhentsev & Nasonovа 2010
• TRGB+Ceph = 37
Ntot = 467
22
VIRGO: RАДИУС НУЛЕВОГО ТЯГОТЕНИЯ
R = [ 3 M/(8 ρ) ]1/3
M
FN
FE
Масса скопления
(Karachentsev & Nasonova 2010, Tully & Mohayaee 2004)
M = (0.6-1.2) 1015 Msun
R = 8-11 Mпк
ПОТЕНЦИАЛ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ VIRGO
24
R = 8-11 Mпк
Скопление: R < R
Тяготение доминирует
Поток: R > R
Антитяготение доминирует
25
Динамика виргоцентрического потока
d2R/dt2 = FN + FE = - G M R-2 + (8/3) G ρ R
½ (dR/dt)2 = ½ V2 = G M R-1 + (4/3) G ρ R2 + E,
E = const
R  : V  (8 G ρ/3)1/2 R = H R,
H = (8 G ρ/3)1/2 = 62-64 km/s/Mpc
26
R
Виргоцентрический поток
Vmed = Hmed R
Hmed = 68 km/s/Mpc ≈ H
27
Модель потока: минимальная скорость
Vpar
Vmin
Virgocentric Flow
28
Галактика в виргоцентрическом потоке
Расстояние до центра Virgo (Karachentsev & Nasonova 2010):
M
RMW = 17 Mpc
FN
FE
FE/|FN| = (RMW/R)3 = 4-7
Virgo pool (Silk 1974, Peebles 1976):
слабое дополнительное
притяжение к Virgo
Virgo push (Chernin, Karachentsev, Nasonova et al. 2010):
сильное отталкивание от Virgo
Физическая природа темной энергии?
Ее микроскопическая структура?
Зельдович (1967):
вакуум ОТО = вакуум квантовых полей
Arkani-Hamed et al. (2000):
ρ ~ (MEW/MP)8 P  10-29 г см-3
-3
MEW ~ 1 TeB, MP ~ 1015 TeB, P ~1091 г см
30