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Cosmologia Laerte Sodré Jr. IAG/USP 14/09/2004. algumas observações relevantes a noite é escura! o universo é homogêneo e isotrópico...

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1 Cosmologia Laerte Sodré Jr. IAG/USP 14/09/2004

2 algumas observações relevantes a noite é escura! o universo é homogêneo e isotrópico...

3 homogeneidade e isotropia

4 O paradoxo de Olbers O universo pode ser infinito. Mas, então, porque a noite é escura?

5 O modelo do Big Bang a expansão do universo a radiação cósmica de fundo a abundância dos elementos leves a origem da estrutura em grandes escalas...

6 A expansão do Universo Galáxias em todas as direções estão se afastando de nós com velocidades que aumentam com a distância

7 A expansão do universo O espaço se expande, e todos os observadores observam o mesmo fenômeno.

8 O espaço se expande, e as galáxias acompanham a expansão! A expansão faz com que o comprimento de onda da luz que viaja de uma galáxia para outra aumente (fique mais vermelho): é o redshift. A intensidade desse redshift depende de quanto tempo a luz viajou, isto é, de sua distância. A expansão do universo

9 Visões do passado Quando observamos galáxias cada vez mais distantes, em redshifts cada vez maiores, estamos observando-as cada vez mais no passado, devido à velocidade finita da luz.

10 O modelo do Big-Bang Einstein, 1916: Teoria da Relatividade Geral – a distribuição de matéria e energia produz uma curvatura no espaço Einstein, 1917: universo hiper-esférico estático Sobral, 1919: observação da deflexão da luz das estrelas pelo Sol Friedmann, 1922: equações de um universo em expansão Hubble, 1929: expansão do universo Lemaitre, 1930: pai do modelo do BB

11 modelos cosmológicos as observações podem ajudar a determinar a forma do universo e como ele vai evoluir...

12 Geometrias: a soma dos ângulos de um triângulo depende da curvatura

13 A quantidade de matéria e energia determina a evolução do universo. universo aberto: densidade menor que uma certa densidade crítica (k=-1) universo fechado: densidade maior que a densidade crítica (k=+1) universo plano: densidade igual à densidade crítica (k=0)

14 Proponho modelos de universo Testes observacionai s dos modelos Oi pessoal! Observador Vamos dar uma olhada? Probleminha? Galáxias evoluem! complicado, mas sem desanimar… Será que o universo é assim mesmo?

15 história do universo no modelo do Big-Bang

16 O Big Bang t=0: o BB – singularidade inicial t= s: tempo de Planck caos quântico e antes do Big-Bang? o espaço e o tempo nascem juntos com o nosso universo

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18 universos paralelos - multiversos???

19 mas após o BB... Criação da matéria a partir da radiação

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21 Conforme o universo se resfria, diversos tipos de matéria vão se formando (e desaparecendo) Os protons se formam a partir de uma sopa de quarks, logo no começo do universo

22 Nucleosíntese primordial Durante os primeiros minutos a temperatura e a densidade eram suficientemente altas e permitiram a criação do deutério, hélio e uma pequena quantidade de lítio Mas como não há núcleos estáveis com peso atômico 5 ou 8, este processo parou por aqui! Os demais elementos seriam formados muito mais tarde, no interior das estrelas.

23 nucleosíntese primordial

24 As duas eras do universo Era da radiação Era da matéria A densidade de energia e de matéria evoluem de forma diferente... Era radiativa: o universo era opaco aos fótons Era da matéria: o universo fica transparente aos fótons

25 centenas de milhares de anos depois do BB: a recombinação Podemos detectar hoje a radiação remanescente do BB: a Radiação Cósmica de Fundo (RCF). Vemos a RCF em qualquer direção que olhamos. A radiação vai se resfriando enquanto viaja até nós. A superfície do último espalhamento está muito longe, no redshift z~1000

26 O mapa da radiação cósmica de fundo

27 A RCF fo descoberta nos anos 60 por Penzias e Wilson. Seu espectro é o de um corpo negro com temperatura T = 2.73 K. A radiação cósmica de fundo

28 Durante a era radiativa as estruturas não podiam se formar. Só depois que o universo se resfriou a ponto da matéria começar a dominar foi que as galáxias e outras estruturas puderam começar a se formar. Formação de galáxias

29 As flutuações na RCF são as sementes das estuturas Flutuações de temperatura: 1 parte em 10 5 ! Crescem pela ação da gravidade

30 Formação de galáxias Condições iniciais

31 H IR poeira UV IV Gás SN e-e- e-e- e-e- e-e- Radio poeira UV

32 primeiras estrelas? z ~ The Trifid Nebula

33 ~hoje: ~13 bilhões de anos depois do BB, em grandes escalas o universo visível é povoado por galáxias

34 mas... do que é feito o universo? WMAP + outras observações recentes: k=0 (Ώ=1.02±0.02) (27±4)% de matéria escura (73±4)% de energia escura cosmologia de precisão

35 mas… do que é feito o universo? anos 30: Zwicky encontra as primeiras evidências de matéria escura hoje: a maior parte da matéria no universo está numa componente que não emite nem absorve luz final dos anos 90: a observação de supernovas distantes indica que a expansão do universo está se acelerando, e não desacelerando, como se esperaria evidência da ação da energia escura

36 mas... do que é feito o universo? Aglomerado de galáxias Efeito de lente gravitacional

37 determinação de massas por lentes

38 Zwicky (~1930): há muito mais massa em aglomerados do que a que podemos associar a estrelas! a maior parte da massa no universo é escura......e não bariônica!!!!!

39 não bariônica? bárions: protons, neutrons.. para explicar a abundância dos elementos leves (nucleosíntese primordial), a fração da quantidade de matéria em bárions deve ser de ~5% mas o total de matéria é da ordem de 30% da densidade crítica o que constitui a matéria escura????????

40 energia escura supernovas: velas padrão bons indicadores de distância observação de SNs distantes: parecem estar mais distantes do que se esperaria pelo seu redshift o universo parece estar sendo acelerado por uma energia escura!!!!!!!! O que constitui a energia escura????????????

41 o lado escuro da cosmologia atual O que constitui a matéria escura? O que constitui a energia escura? ?????????????????


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