Observatório do CDCC - USP/SC

Setor de Astronomia (OBSERVATÓRIO) (Centro de Divulgação da Astronomia - CDA) Centro de Divulgação Científica e Cultural - CDCC Universidade de São Paulo - USP Endereço: Av. Trabalhador São-Carlense, n.400 São Carlos-SP Tel: 0-xx (Observatório) Tel: 0-xx (CDCC) Localização: Latitude: 22° 00' 39,5"S Longitude: 47° 53' 47,5"W Imagem: O Inicio do Observatório

Sessão Astronomia

As Sessões Astronomia são palestras proferidas pela equipe do Setor de Astronomia todos os sábados às 21h00. Iniciadas em 1992, foram criadas com o objetivo de falar sobre Astronomia ao nosso público em uma linguagem simples e acessível a todas as faixas etárias. Estas palestras se tornaram uma opção de diversão e informação para a comunidade local e também para visitantes de nossa cidade. Os temas abordados são os mais variados possíveis. O material multimídia contido aqui consiste numa opção audiovisual complementar que o professor do Sistema de Ensino pode utilizar como auxílio às suas aulas. O conteúdo das Sessões Astronomia pode ser acessado no seguinte endereço: Crédito do logo: Sessão Astronomia, CDCC-USP/SC, criado por Andre Fonseca da Silva Observação: Padrão e resolução da apresentação: 800 x 600 pixel com imagens a 96 dpi ou 38 pixel por centímetro com dimensão de 8,35 polegadas x 6,26 polegadas ou 21,2 cm x 15,9 cm respectivamente. Editado normamente em Office 97, podendo haver incompatibilidade de execução no Office XP e vice-versa.

Cosmologia Wilton S. Dias

rua bairro cidade estado país continente planeta

Wilton S. Dias Rua das montanhas n o 8848 bairro Terra cidade Sistema Solar Estado Estrelas locais (vizinhança Solar) País Via Láctea (Nossa Galáxia) continente grupo local de galáxias planeta super aglomerado de galáxias Endereço:

De onde ele veio? Como será seu futuro? Perguntas a responder: O que é o Universo? De onde ele veio? Como evolui? Como será seu futuro?

Estudos da Cosmologia Pergunta inteligente sobre Cosmologia ! Reação usual do Cosmólogo !

Sistemas do Mundo

Mundo na Antigüidade Lua Marte Mercúrio Júpiter Vênus Saturno Sl Estrelas (6000)

Sistema Geocêntrico ( Eudoxo e Aristóteles, gregos, séc. IV a.C. ) Esfera das estrelas fixas Ter Lua Mer Vên Sol Mar Júp Sat

Sistema Heliocêntrico Esfera das estrelas fixas Ter Lua Mer Vên Sol Mar Júp Sat Copérnico ( séc. XVI )

Fim das observações a olho nu !

Observações a olho nu e com telescópios 1609 Era pré-telescópio Galileu Era pós-telescópio

Importantes contribuições para a Cosmologia Determinação de distâncias estelares (1912) Teoria da relatividade geral (1915) Sol fora do centro da Galáxia (1918) Galáxia não (?) no centro do Universo (1922) Expansão do Universo

Cosmologia Científica

Cosmologia É o estudo do Universo como um todo. Universo é tudo que:  Nos influenciou no passado  Nos influencia no presente  Nos influenciará no futuro

“Representação” do Universo! Nosso Universo

??? Futuro Amanhã Limitado ou ilimitado? Como se vê Universo? Hoje Ontem

Modelos cosmológicos

Universo Estático Passado Presente Futuro Defensor famoso: Newton

Será que o Universo é mesmo estático?

Hipóteses do modelo newtoniano para o Universo * Universo: infinito * homogêneo * Velocidade da luz: infinita

Visão desde o centro de uma floresta Ontem Hoje Amanhã

Evidências de que o Universo não é estático

Galáxias muito mais vermelhas do que deveriam ser! Por quê?

Lei de Hubble (1929) Velocidade Radial da galáxia Distância até a galáxia v D Observacional: As galáxias estão se afastando de nós. v = H D 50 < H < 100 (km/s)/Mpc c

Universo em Expansão Passado Presente Futuro

1917 – Universo de Einsten: Para adequar seu modelo à visão da época anterior às descobertas de Hubble introduziu uma constante artificial (CONSTANTE COSMOLÓGICA) 1917 – Universo de De Sitter Universo era finito, fechado, esférico, com matéria homogeneamente distribuída, sem movimento em escala cosmológica Holandês Willem De Sitter propôs modelo alternativo também baseado na teoria da Relatividade de Einsten Mérito: mostrou que não havia apenas um único modelo, como Einsten acreditava Problema: seu modelo era desprovido de matéria

Existindo massa, existe atração gravitacional

– Universos de Friedmman Um pesquisador Russo formulou os modelos que hoje chamamos modelo padrão, descobrindo um erro nos trabalhos (já clássicos) de Einsten Descoberta deu-se na época que começaram a aparecer os resultados de Hubble Descobriu que a introdução da constante cosmológica poderia levar a um modelo estático, mas sua supressão não invalida os modelos daí derivados que passaram a ser modelos com expansão ou contração Em todos os modelos de Friedmman a expansão desacelera-se ao longo do tempo (devido à força da gravidade) Conforme a taxa de desaceleração pode-se ter a situação em que a expansão eventualmente cessa e a ela segue uma contração A desaceleração depende da densidade média de matéria do Universo e os modelos resultantes de cada situação são caracterizados por diferentes geometrias e curvaturas do espaço

Geometria do Universo

Universo Plano r C = 2  r A =  r 2 S = Só existe uma única paralela Curvatura nula

Universo Esférico r r ‘ C < 2  r A <  r 2 r S > Não existe paralela Curvatura positiva

Universo Hiperbólico r A >  r 2 C > 2  r S < Existem infinitas paralelas Curvatura negativa

Afinal: qual a geometria do Universo?

Mas o que define isso? v r  = raio atual do Universo k > 0 Energia total negativa. Universo limitado. Universo fechado. Expansão vai parar e depois o Universo vai contrair. k = 0 Energia total nula. Universo em expansão tendendo a parar num futuro infinitamente distante. Densidade crítica = 1,88 x g/cm 3 k < 0 Energia total positiva. Universo ilimitado. Universo aberto. Universo em expansão para sempre. Densidade medida ~ 3 x g/cm 3

Tipos de Universo em Expansão Tempo Raio do Universo Expansão limitada Plano Curvatura = 0 Plana d = d c Expansão freada Aberto Curvatura = -1 Hiperbólica d < d c Pulsação Fechado Curvatura=+1 Esférica d > d c

É O PARÂMETRO DENSIDADE  c = 3H 2 / 8  G = kg/m 3 = TANTO O COMPORTAMENTO DA CURVA NO GRÁFICO DEPENDE DA RAZÃO ENTRE A DENSIDADE DO MODELO E A DENSIDADE CRÍTICA Como determinar a densidade média do Universo? Medir massa total de galáxias dentro de um volume (conhecido) Calcular o volume total do Universo e determinar a densidade total de massa Resultado ~ kg/m 3 = MUUUUUITO MENOR QUE TANTO Note que estamos muito abaixo da densidade crítica = Universo pode se expandir para sempre Se somarmos toda a matéria luminosa + fótons + buraco negro + planetas... Temos apenas 5 % da Massa que deveria existir!

Sobre a matéria escura postulada pela primeira vez por Fritz Zwicky em 1937 a partir de estudos de galáxias em aglomerados Notou que a velocidade das galáxias era muito maior do que deveria ser Em 1980 Vera Cooper Rubin mostrou pelas velocidades de rotação das galáxias, que a matéria escura também está presente em galáxias individuais 0,005%Radiação ˜1%Matéria normal luminosa 3%Matéria normal não luminosa 23%Matéria escura 73%Energia escura Porcentagem da densidade críticaTipo

Expansão em 2 dimensões Hoje No futuro

Universos de Friedmman-Lemaitre Obras de Friedmman não foram reconhecidas imediatamente Lemaitre, um monge beneditino foi o primeiro a levantar a hipótese de um estado inicial de alta densidade para a matéria do Universo como um todo Foi um dos pais da idéia do Big- Bang Big – Bang: Universo surgiu de uma explosão primordial CUIDADO: não significa que houve uma explosão no sentido usual Marca o inicio da expansão do próprio espaço. Mas houve mesmo um Big – Bang?

Evidências a favor do Big - Bang Em 1948 Físico Russo naturalizado americano (George Gamov) prevê a existência de uma radiação de fundo que deve permear todo o Universo Movimento de recessão das Galáxias (Lei de Hubble)

Radiação Fóssil m + a E T = 300 mil anos Universo Transparente Passado Hoje

Radiação de fundo 13,6 cm Atual

Radiação de fundo Descoberta em 1964 Arno Allan Penzias Robert Woodrow Wilson

Evolução do Universo

Origem (?) e Evolução do Universo Big-bang Ocorreu? Como evoluiu? Como será o futuro? Pré-big-bang (!?!) Pós-big-bang Existia? Havia matéria? Havia energia? Como era? Óvulo primordial

“Big-bang” Óvulo primordial Big-bang Universo em expansão

Tipos de Universo em Expansão Tempo Raio do Universo Expansão limitada Plano Curvatura = 0 Plana d = d c Expansão freada Aberto Curvatura = -1 Hiperbólica d < d c Pulsação Fechado Curvatura=+1 Esférica d > d c

Origem do Universo ?

Evolução do Universo !?

Futuro do Universo ?

...conclusão... Eu gostaria de saber algo sobre cosmologia ! Cosmólogo Eu também !

FIM ?

CONTAGEM REGRESSIVA !!! Não podemos dizer o que houve antes do Big Bang, porque então o próprio tempo não existia. Antes da criação do espaço, nada podia existir, pois não havia um lugar para que alguma coisa existisse.

Georges-Henri Édouard Lemaître Alexander Friedmann - ( ) O Átomo Primordial !!!

A grande asneira ?!?! * Teoria da Relatividade Especial ( 1905 ) # Velcidade da luz no vácuo é constante. * Teoria da Relatividade Geral ( 1916 ) # Espaço - Tempo; # Constante Cosmológica ( de Sitter ); # Princípio Cosmológico.

CONSTANTE COSMOLÓGICA = O

George Antonovich Gamow Fusão !!!

Vesto Melvin Slipher (Redshifht) A Expansão (1º Parte) !!!

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO !!!

OS DESVIOS….. Se afastando... Estacionária ….. Se aproximando...

Edwin Powell Hubble e Milton La Salle Humason A EXPANSÃO !!! ( 2º Parte )

HUBBLE E A SUA LEI !!! “Quanto mais distante a galáxia, maior sua velocidade de afastamento.”

Só pra saber !!! 10 ¬ ³² segundos = 1 ÷ 10  10  ….. 32vezes ; 10 ³² segundos = 10  10  …. 32 vezes; Temperatura em Kelvin ( K )  0º K = º C. Grande comprimento de onda e freqüencia baixa; Pequeno comprimento de onda e freqüencia alta; s

Singularidade Primordial !!! Aurora do Tempo Origens do Epaço

Universo Inflacionário !!! Tempo Raio do Universo Expansão Inflacionária Big Bang Alan H. Guth

UNIVERSO UNIFORME... COLCHA DE RETALHOS... NOSSO UNIVERSO...

Unificação das Forças - GUT

Quarks Buraco negro primordial Bóson X Gráviton WINP s Lépton s Corda cósmica Monopólo magnético Neutrino Fótons Sopa de partículas !!!

CRIAÇÃO DA MATÉRIA... Bóson X decai em... O anti - X decai em PartículasAnti-partículasPartículasAnti-partículas Mas há pouco mais partículas que anti-partículas

* Arno Allan Penzias e Robert Woodrow Wilson * Robert Henry Dicke, Philip James Edward Peebles, Peter G. Roll e David T. Wilkison. “Um material dielétrico branco”

ECOS DO BIG BANG. “ A Muralha “ Universo Opaco Universo Transparente

Radiação de Fundo !!!

Ondulações no espaço !!! Top Down Bottom Up

Matéria Escura ! Fritz Zwicky

Densidade < Densidade crítica Densidade = Densidade crítica Densidade > Densidade crítica Big Bang Big Crunch Tempo Raio do Universo O que pode acontecer ?!?

TEORIA QUÂNTICA DA GRAVIDADE !!! * Universo : Finito e Ilimitado; “ A condição de limite do Universo é não ter limite.” * Tempo imaginário; “ Isto pode sugerir que o chamado tempo imaginário é na verdade o tempo real, e o que chamamos tempo real é apenas uma invenção de nossa imaginação.”

Nasce o Sol e não dura mais que um dia !!!

Paradoxo de Olbers !!!

COMO FUNCIONA ???

A SOLUÇÃO !!!

Brandon Carter Um Universo feito sob medida ?!? # Princípio Antrópico

Bibliografia Hawking, S.W; “Uma breve história do tempo - do Big Bang aos Buracos Negros ” Mourão, R.R.F; “O Universo Inflacionário” Weinberg, S; “Os três primeiros minutos do Universo” Couper, H. e Henbest, N; “Big Bang - A história do Universo” Harrison, E; “A escuridão da noite - Um enigma do Universo” Atlas do Extraordinário; A Gênese do Universo Vol. II Coleção Universo; Fascículos: 1, 27, 34 e 37 Documentos da Internet.