A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

O QUE SÃO O BIG-BANG, A ENERGIA E A MATÉRIA ESCURAS? NELSON PINTO NETO ICRA-CBPF.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "O QUE SÃO O BIG-BANG, A ENERGIA E A MATÉRIA ESCURAS? NELSON PINTO NETO ICRA-CBPF."— Transcrição da apresentação:

1 O QUE SÃO O BIG-BANG, A ENERGIA E A MATÉRIA ESCURAS? NELSON PINTO NETO ICRA-CBPF

2 COSMOLOGIA Descrição da totalidade do mundo físico pelo método científico. - Objeto de estudo é tudo que existe, incluindo observadores. - É único: não temos outras amostras para manipular: PROBLEMAS COM A MECÂNICA QUÂNTICA! - O único ponto de vista é do observador na Terra através de ondas eletromagnéticas - ondas gravitacionais: outra janela.

3 Hoje o universo é observado em todos os comprimentos de onda. Espectro Eletromagnético

4 Aglomerados de Galáxias M gás ~ 20 x M estrelas Gás é distribuido mais suavemente Hydra A no ótico Hydra A em raios x

5 DISTÂNCIAS DAS GALÁXIAS Distâncias muito grandes: medidas em ano-luz Velocidade da luz: km/s A luz dá 8 voltas ao mundo em 1 segundo! Um ano-luz: distância percorrida pela luz em 1 ano: km! 1 parsec: distância para a qual paralaxe vale 1 segundo de arco ~ 3 anos-luz.

6 PARALAXE

7 Natureza das Galáxias Henrietta Leavitt (1912): relação entre período de estrelas variáveis cefeidas e sua luminosidade intrínseca Edwin Hubble (1923): determina a distância da nebulosa de Andrômeda (M31), usando uma estrela cefeida

8 O Desvio para o Vermelho Efeito Doppler Desvio para o azul Desvio para o vermelho

9 A Expansão do Universo Vesto Slipher (1917): desvio para o vermelho de galáxias (13 de 15) Hubble (1929): descobre a expansão do universo

10

11 O Diagrama de Hubble (Versão Atual) Distância (Mpc) Velocidade (km/s) Dados do Hubble

12 A RELATIVIDADE GERAL DE EINSTEIN Gravitação não é uma força! Uma grande massa curva o espaço-tempo! A gravidade atua em tudo! Todas as partículas caem da mesma forma! Os corpos livres também seguem todos a mesma trajetória.

13 ESPAÇO CURVO DE UMA ESTRELA

14 Geometria Cosmológica Esférica Hiperbólica Plana Analogia 2D: Ângulos:

15 A EXPANSÃO DO UNIVERSO

16 A Expansão do Universo I Não é explosão! Não possui centro! Relação linear: O Parâmetro de Hubble: H 0 = 24 km/s /milhão de anos-luz Há quanto tempo começou a expansão? T = 1/H 0 = 14 bilhões de anos

17 Evolução do Universo Fator de escala sela plano esfera tempoagora Nomenclatura: Big-Bang: Extrapolação para d 0 d ρCρC ρ>ρCρ>ρC ρ<ρCρ<ρC

18 Breve História Térmica do Universo

19 A MATÉRIA-ENERGIA CONHECIDA DO UNIVERSO

20 AS FORÇAS DA NATUREZA

21 Recombinação plasma matéria neutra

22 Recombinação Quando a temperatura cai abaixo dos 3.000C os elétrons ficam presos aos núcleos O Universo passa a ser trasparente A luz se propaga livremente: anos! anos após início da expansão

23 A Radiação Cósmica de Fundo Região a partir da qual nada podemos ver Temperatura hoje T = C

24 O Espectro da Radiação Cósmica de Fundo Freqüência [cm -1 ] Intensidade [10 -4 ergs cm -2 s -1 sr -1 cm] dados com erros x 100 espectro térmico com T = ± K

25 Nucleossíntese: Alquimia no Universo Primordial Produção de 7 Li, 3 He, D, 4 He T ~ C C, 1s a 3min DBB

26 Abundância de Elementos Leves Produção de 7 Li, 3 He, D, 4 He Todos com o mesmo η B /η F ! D é o melhor bariômetro ρ B / ρ C =0,04

27 Alguns Marcos da História do Universo T (radiação) Evento -270 C, 13, anos Hoje -263 C, 10 9 anosFormação das Galáxias 10 4 C, anos Recombinação do H, radiação de fundo 10 5 C, anosDominação pela matéria 10 7 C, 1 a 200 sFormação dos elementos leves (He 4, He 3, D e Li) C, 10 –3 sFormação dos prótons e nêutrons C, 10 –34 sGrande Unificação? C, 10 –43 sCosmologia quântica?

28 Evolução do Universo Fator de escala sela plano esfera tempoagora Nomenclatura: Big-Bang: Extrapolação para d 0 d

29

30

31

32 Outubro de 2008 Dezembro de 2008

33 Diferenças de Temperatura na Radiação Cósmica de Fundo A OBSERVAÇÃO DESTAS DIFERENÇAS PERMITE SABER COMO ERA O UNIVERSO A 14 BILHÕES DE ANOS!

34 Prêmio Nobel 2006 John Matter e George Smoot

35 Espectro de Potência Segundo WMAP ρ=ρCρ=ρC

36 Satélite Planck: 2011

37 Composição do Universo

38 Blocos fundamentais: Galáxias

39 Galáxias no UHDF

40

41 Lei de Hubble Mapa 3D do Universo

42 Estruturas complexas: Filamentos, paredes e bolhas, contendo 80% da matéria luminosa Mais de galáxias Mapa do Two Degree Field

43 As escalas no Universo Existem cerca de 60 bilhões de galáxias no Universo!

44 Velocidades de rotação das estrelas em torno dos centros das galáxias. Perto do centro: ρ = const M(r) r 3 V(r) r Na periferia: ρ = 0 M(r) = const. V(r) 1/r 1/2

45 A Matéria Escura l Curvas de rotação de galáxias Estimativa simples: Matéria escura é menos concentrada

46 Matéria Escura no Universo Evidências: Curvas de rotação de galáxias Movimentos de galáxias e aglomerados Lentes gravitacionais Anisotropias da CMBR... Há ~10x mais matéria escura que matéria usual! I nterage muito fracamente (não dissipa nem emite luz), fria. Não pode ser bariônica (gás, planetas, BN) : nucleossíntese. Axions, WIMPS (partículas supersimétricas?) Energia provável da ordem do Tev: LHC. A matéria escura é a componente - que se aglomera - dominante na densidade de massa do Universo

47 MATÉRIA ESCURA

48 Desvantagens: Eventos raros e aleatórios Duração curta Solução: Busca automatizada (SCP, High-z team) Supernovas do Tipo Ia e Cosmologia Vantagens: Luminosidade Extrema L ( L ) Altamente homogêneas Vela padrão

49 O Universo Acelerado Diagrama para grandes distâncias com boa precisão Energia escura: gravidade repulsiva! Þ O Universo está em expansão acelerada. Þ Mas Gravidade é atrativa!

50 Energia Escura 2/3 da densidade do universo estão sob a forma de Energia Escura! Evidências: Expansão acelerada de galáxias distantes Idade do Universo Espaço quase plano Análise combinada de diversos observáveis cosmológicos Candidatos (Taxonomia da Energia Escura): –Constante cosmológica: energia do vazio quântico Problema : ρ TQC = ρ OBS –Força (campo) extra: Quintessência, phantom. Nova teoria da gravitação!

51 DARK ENERGY SURVEY: possibilidade de distinguir sobre estas possibilidades.

52 COMPOSIÇÃO DO COSMOS

53 Questões Cosmológicas Isto poderá ser decidido pela observação das pequenas diferenças de temperatura da radiação de fundo. 1)O que é o Big-Bang? Se entendido como uma fase quente primordial, quase um fato. Se entendido como o início de tudo: UM MITO. Nenhuma evidência observacional indica que o Universo teve um começo! Possibilidade concreta de o Universo não ter tido um começo.

54 Não conhecemos 97% dos constituintes do Universo! 2) O que é a matéria escura? WIMPS, pode ser encontrada no LHC. Determina as estruturas do Universo. 3) O que é a energia escura? Energia do vácuo, novo campo, campo fantasma. Pode ser determinado no DES. Determina o futuro do Universo: terá este um fim? Não (supernovas ) se energia escura for a energia do vazio quântico.

55 Sucessos importantes da Cosmologia científica: previsão da expansão do Universo, da radiação de fundo cósmica e suas pequenas anisotropias, da abundância dos elementos leves. Pode-se explicar inúmeras observações com uma teoria simples. Avanços notáveis na cosmologia observacional: talvez seja possível testar idéias sobre como era o Universo há muito tempo atrás. Entretanto, apenas 4% da matéria do Universo é conhecida. Serão as teorias que estamos usando realmente válidas? Estes mistérios da Cosmologia podem revelar novos conhecimentos sobre a Natureza!

56 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) Aniquilação produz fótons: Assimetria de 1 parte em 10 9 !

57 A Expansão do Universo I A B C v -v Em relação a B 2v -2v A B C v -v Em relação a A Homogênea e aumenta linearmente com a distância

58

59 BURACOS NEGROS

60 UM POSSÍVEL BURACO NEGRO

61 BURACOS DE MINHOCA

62

63


Carregar ppt "O QUE SÃO O BIG-BANG, A ENERGIA E A MATÉRIA ESCURAS? NELSON PINTO NETO ICRA-CBPF."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google