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NASCIMENTO E ESTRUTURA DO UNIVERSO Unidade 1 – Das Estrelas ao Átomo O esforço para a compreensão do Universo é uma das muito poucas coisas que elevam.

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1 NASCIMENTO E ESTRUTURA DO UNIVERSO Unidade 1 – Das Estrelas ao Átomo O esforço para a compreensão do Universo é uma das muito poucas coisas que elevam a existência humana um pouco acima do nível da farsa e lhe dão algo do encanto da tragédia. Steven Weinberg, físico americano, Prémio Nobel da Física em 1979

2 Objecto de ensino Breve história do Universo Escalas de tempo, comprimento e temperatura Aglomerados de estrelas, nebulosas, poeiras interestelares, buracos negros e sistemas solares. Processo de formação de alguns elementos químicos no Universo As estrelas como "autênticas fábricas" nucleares Algumas reacções nucleares e sua aplicações Distribuição actual dos elementos no Universo

3 O nascimento do Universo Versão em português Parte 1 de 5 Parte 2 de 5 Parte 3 de 5 Parte 4 de 5 Parte 5 de 5 Versão original Parte 1 de 5 Parte 2 de 5 Parte 3 de 5 Parte 4 de 5 Parte 5 de 5 Clica sobre a imagem para abrir a hiperligação

4 Questões orientadoras Partes 1 e 2 Como é que os átomos que temos no nosso planeta chegaram até aqui? O que havia no início? O que originou o Big Bang? O que observou Hubble? O que conclui com base nas suas observações? Quais são as limitações da teoria do Big Bang?

5 Questões orientadoras Partes 1 e 2 Após o Big Bang, nas primeiras fracções de segundo, o que existe no Universo? Quais as primeiras partículas elementares formadas e que idade tinha o Universo nessa altura? Qual o acontecimento importante no instante t = 3 minutos? Que idade tinha o Universo quando surgiram os primeiros elementos químicos? Quais foram? Qual a importância das observações de Penzias e Wilson?

6 Teoria do Big Bang - De acordo com a Teoria do Big Bang, o Universo surgiu de um estado de grande compressão e de temperatura e densidade muito elevadas (praticamente infinitas). - O Universo entrou em expansão, muito rápida inicialmente (período de inflação) e mais lenta posteriormente. O nascimento do Universo Na realidade, não houve um Bang, mas sim um período de expansão extremamente rápido, mais rápido que a velocidade da luz.

7 Teoria do Big Bang Big Bang O nascimento do Universo Universo de Tempo Espaço Energia Universo de Tempo Espaço Energia origina

8 Teoria do Big Bang O nascimento do Universo - Com a expansão diminuiu a temperatura. Big Bang : Expansão Arrefecimento -Aos t = s e a T = 1013 K forma-se o caldo inicial, isto é, matéria e radiação, as duas formas de energia do Universo, que se interconvertem constantemente uma na outra. E = m c 2

9 Teoria do Big Bang O nascimento do Universo

10 Teoria do Big Bang O nascimento do Universo Hipóteses: universo é homogéneo e isotrópico (princípio cosmológico) as leis da física são universais validade da teoria da relatividade geral (Einstein, 1915) Previsões teóricas: universo está em expansão radiação cósmica de fundo em microondas abundância dos elementos primordiais: H, He, Li (nucleossíntese primordial)

11 Teoria do Big Bang comprovação observacional O nascimento do Universo Lei de Hubble: existe uma relação linear entre a velocidade de recessão das galáxias e a distância às mesmas. - Hubble verificou que as galáxias se estavam a afastar umas das outras e quanto mais longe estavam mais rápido pareciam mover-se. - Hubble concluiu que o universo está em expansão. Mas, se o universo está em expansão, então em algum ponto no passado deveria ter sido infinitamente pequeno. Previsão: Universo em expansão Comprovado: Lei de Hubble (1929)

12 Teoria do Big Bang comprovação observacional O nascimento do Universo - Penzias e Wilson descobrem, acidentalmente, um ruído rádio provenientes de todas as direcções do cosmos na gama de microondas (T=2,7 K). - Esta é a radiação existente no Universo primitivo que, após os electrões se unirem aos núcleos existentes para formar os primeiros átomos, ficou a vaguear livremente pelo espaço. Previsão: Radiação cósmica de fundo Comprovado: Penzias & Wilson (1964

13 Teoria do Big Bang comprovação observacional O nascimento do Universo Previsão: Radiação cósmica de fundo Comprovado: Penzias & Wilson (1964

14 Teoria do Big Bang comprovação observacional O nascimento do Universo Previsão: Radiação cósmica de fundo Comprovado: Penzias & Wilson ( Gamow, Alpher e Herman, em 1948, previram a existência dessa radiação cósmica de fundo. - Estes determinaram que o desacoplamento entre matéria e energia ocorreu quando o universo atingiu um T = 3000 K e os electrões se combinaram com os primeiros núcleos atómicos, enquanto a radiação, agora menos energética devido à expansão do universo, evoluiria isoladamente da matéria.

15 Teoria do Big Bang comprovação observacional O nascimento do Universo Previsão: Radiação cósmica de fundo Observações mais recentes: COBE (1992) WMAP ( …) COBE – Cosmic Background Explorer WMAP – Wilkinson Microwave anisotropy Probe

16 Teoria do Big Bang comprovação observacional O nascimento do Universo Previsão: abundância dos elementos primordiais: H, He, Li (nucleossíntese primordial) Comprovado: cálculos teóricos estão de acordo com os dados observacionais - A descoberta da radiação cósmica de fundo de microondas permitiu o cálculo da produção cosmológica de hélio, com base no modelo teórico do Big Bang, apontando valores ente 22% a 28% de hélio ( em massa). O restante é praticamente hidrogénio.

17 Teoria do Big Bang A favor… Expansão do Universo Radiação cósmica de microondas Abundância relativa de elementos leves no universo Limitações… Não consegue dar resposta a questões como: Por que ocorreu o Big Bang? Como ocorreu? O que havia antes? Qual o destino do Universo? O nascimento do Universo

18 Qual será o destino do Universo? © Lynn Cominsky

19 Teoria do Universo oscilante ou Pulsátil Qual o destino do Universo? Verificar-se-á um retardamento progressivo da expansão até à situação extrema de se inverter o sentido de movimento das galáxias Iniciar-se-á uma contracção do Universo, que culminará com um novo Big Bang, recomeçando tudo de novo.

20 Teoria da Expansão permanente Qual o destino do Universo? Defende que o Universo irá expandir-se para sempre, com as galáxias a afastarem- se continuadamente uma das outras

21 Teoria da Expansão permanente Qual o destino do Universo? Defende que o Universo irá expandir-se quase indefinidamente, ou seja, acabará por desintegrar-se.

22 Teoria do Estado Estacionário Qual o destino do Universo? Enquanto as galáxias se afastam uma das outras, formam-se novas galáxias nos intervalos, a partir de nova matéria e formação continua. Em 1948, Hoyle publicou a "Teoria do Universo Estacionário", que rejeita a teoria do Big Bang. Segundo Hoyle, o Universo não teria tido um início e a matéria é criada continuamente. Segundo o Big Bang, matéria teria sido formada toda de uma vez, no início do Universo.


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