A Origem do Universo - · O termo Big Bang foi criado em 1948 pelos

download A Origem do Universo -  · O termo Big Bang foi criado em 1948 pelos

of 55

  • date post

    10-Jun-2018
  • Category

    Documents

  • view

    212
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of A Origem do Universo - · O termo Big Bang foi criado em 1948 pelos

  • Cosmologia

    wikipedia: Cosmologia (do grego , ="cosmos"/"ordem"/"mundo" + -="discurso"/"estudo") o ramo da astronomia que estuda a origem, estrutura e evoluo do Universo a partir da aplicao de mtodos cientficos.

    O modelo cosmolgico mais aceito hoje em dia a teoria do Big Bang.

    A Origem do Universo

  • O termo Big Bang foi criado em 1948 pelos astrofsicos Bondi, Gold, Hoyle para zoar a proposta, de que o Universo teria nascido de uma singularide inicial.

    Teoria do Big Bang

  • 3

    Resumo

  • Teoria do Big Bang0:Big Bang, comeo do tempo.O Universo nasce de umasingularidade inicial, q. d. umestado de densidade etemperatura infinitas.

    Desde ento: Expanso, reduo da temperatura.

    at 10-43 sec:poca de Planck: densidade e temperatura altas demais para ser tratada pela fsica que conhecemos hoje em dia.

  • Teoria do Big Bang10-43 s 10-29 s: T 1029 K:poca da GUT (Grand UnifiedTheory, Grande TeoriaUnificada): As foras eletro-magntica, forte e fraca eramunificadas em uma.O Universo consistia de umasopa primordial de quarks (os constituentes dos prtons e dos nutrons) e partculas transportadores de foras (ftons, grvitons, gluons, ...).Matria e anti-matria se formavam e aniquilavam constantemente.No final: Inflao: aumento exponencial do tamanho do Universo por um fator ~1030 em < 10-36 s.

  • Teoria do Big Bang10-29 s 10-10 s:1029 K T 1015 K:poca eletrofraca: As foraseletromagntica e fraca aindaeram unificadas em uma,a fora eletrofraca, enquantoa fora forte j era uma foradistinta.A sopa primordial continuou.

  • Teoria do Big Bang10-10 s 1 ms:1015 K T 1012 K:poca das partculas:As foras eletromagntica efraca se desacoplaram,q. d. se tornaram duas forasdistintas.A sopa primordial se tornou prtons e nutrons (sobrando de um pequeno desequilbrio entre matria e anti-matria 109+1 : 109), os mesmos prtons e nutrons que constituem a matria hoje.

  • Teoria do Big Bang1 ms ~5 min:1012 K T 109 K:poca da ncleossintese:Fuso nuclear dos prtons enutrons, formando ncleosde hlio e um pouquinho dedeuterio, ltio e berlio.=> composio qumica primordial do Universo:H (~75 %), He (~25 %), D (0.01 %), Li (< 0.01 %).~98 % dos tomos de hoje

    4 min ~380'000 anos: 109 K T 3000 K:poca dos ncleos: Ncleos e eltrons interagindo constantemente com ftons (partculas de luz).

  • Teoria do Big Bang~380'000 anos, T ~3000 K:Final da poca dos ncleosRe-combinao: ncleos eeltrons formando tomos:eltricamente neutros=> no interagiam mais comos ftons=> Desde ento, a luz pode viajar livremente pelo espao, o Universo se torna transparente.A luz emitida pouco antes, na superfcie de ltima difuso ainda est permeando o Universo e pode ser observada como Radiao csmica de fundo.

  • Teoria do Big BangA partir das 380'000 anos:poca dos tomos:tomos e plasma consistindode ons e eltrons.

  • Teoria do Big Bangaps alguns 100 Mio. de anos:Formao de estrelas e galxias

    A partir ~1 bio. de anos at hoje:poca das galxias

    Galxias: ilhas de estrelas,p. e. a Via Lctea,

    a Galxia de Andrmeda

    e outras

  • Teoria do Big BangDesde ento:Galxias fusionando paraformar galxias maiores,

    Aglomerados de galxias,

    e Super-Aglomerados, que soaglomerados de aglomerados.

    => As estruturas se formamde baixo para cima (bottom-up).

    Abell 1689

  • Teoria do Big BangEnquanto isto, o Universo continuaexpandindo, q. d. as distnciasentre as galxias e entre osaglomerados de galxias aumentam.

    As prprias galxias so sistemasgravitacionalmente ligadas, os seustamanhos no aumentam.

  • Teoria do Big BangMedindo a taxa destaexpanso, pode-se estimaro tempo decorrido desdeque o Universo tinha tamanho 0,ou seja, o tempo desde oBig Bang, ou seja,a Idade do Universo.

    As medidas mais recentes indicam uma idade de13,7 bilhes de anos (13,7109 a).

  • Teoria do Big BangEsta expanso vai continuar por sempre?

    Isto depende do balano entrevrios fatores:

    - A taxa da expanso.

    - A densidade da matria:A atrao gravitacional da matria freiaa expanso.A partir de uma certa densidade, a densidade crtica, a gravitao consegue parar e reverter a expanso, resultando no recolapso do Universo.

    - A energia escura, relacionada constante cosmolgica , uma grandeza que surge da teoria da relatividade, e que tende a acelerar a expanso.At recentemente, os cientstas acreditavam que era 0.

  • Teoria do Big BangEsta expanso vai continuar por sempre?

    Medidas recentes (=> mais pra frente nesta aula) indicam que:

    - A matria no Universo no chega nem perto da densidade necessria para parar e reverter a expanso.A matria comum (tomos), tambm chamada de barinica, equivale a apenas 4 % da densidade crtica.Alm dela, parece existir uma matria invisvel, de outra natureza (p. e. partculas elementares ainda no detectadas), em quantidade 5 ou 6 vezes maior do que a barinica, a matria escura no-barinica.Juntas, as matrias barinica e escura no-barinica equivalem a apenas da ordem de 30 % da densidade crtica.

    => O Universo continuar expandindo

  • Teoria do Big BangEsta expanso vai continuar por sempre?

    - A energia escura no nada zero. Ela da ordem de 70 % da densidade crtica.=> O Universo no s continuar expandindo, a expanso est acelerando!

    Juntos, as matrias barinica e escurano-barinica e a energia escuraequivalem densidade crtica.

    => 96 % do Universo so de naturezadesconhecida !!!quer dizer: matria escura eenergia escura

    O modelo cosmolgico que contem todos estes ingredientes se chama CDM (do ingls Cold Dark Matter), ou modelo padro.

    24%

    Composio do Universo

  • Resumo

  • Isto tudo parece papo de maluco.

    De onde tiraram isto?

  • EvidnciasParadoxo de Olbers (1823)

    Se o Universo infinito e existe desde sempre, entoem qualquer direo que se olha deveria ter uma estrela.=> O cu deveria estar to brilhante quanto a superfcie de uma estrela.

    Como o cu de noite escura, um dos dois (ou ambos), o tamanho ou a idade do Universo, deve ser finito (neste caso a idade).

    => Prova muito simples da idade finita do Universo.

  • Evidncia para o fato, de que vivemos numa poca, emque galxias esto fusionando, ...

    Estes processos esto sendo observados

    - Aqui perto:- A Via Lctea est engolindo as galxias ans na vizinhana- A Via Lctea e a galxia de Andrmeda esto se aproximando e colidiro em poucas bilhes de anos

    - e na distncia:- p. e. nas galxias Antennae

    Evidncias

    As galxias Antennae

  • ..., para a existncia de aglomerados de galxias, ...

    foram observados:

    Amostra de galxias de Shapley e Ames, 1932

    Vist

    a bl

    oque

    ada

    pela

    Via

    Lc

    tea

    Evidncias

  • ... ,e de Super-Aglomerados

    observadostambm:

    Amostra de galxias de Sharp, 1986

    Vista bloqueada pela Via Lctea

    Evidncias

  • EvidnciasO Redshift

    Os espectros de galxias distantes so deslocadospara comprimentos de onda maiores, ou seja, oscomprimentos de onda so esticados pela expansodo Universo por um fator 1+z, onde z chamado deredshift (deslocamento para o vermelho): = (1+z)

    0

    Uma galxia com redshift z est se afastando de nscom velocidade v = cz

    O redshift um fenmeno similar ao efeito Doppler,mas no exatamente a mesma coisa.

    => Prova para a expanso do Universo!

    comprimento de onda

    0

    espectro como foi emitido pela galxia

    espectro ao chegar na Terra

  • EvidnciasO Redshift

    Como a luz de galxias distantes levatempo para chegar em ns, vemos osobjetos com redshifts altos como eleseram no passado, quando a idadedo Universo era menor, e emdistncias maiores.

    => O redshift uma medida para aidade do Universo na poca daemisso da luz.

    Quanto maior o redshift, tanto menora idade do Universo.

  • EvidnciasLei de Hubble (1929):

    Esta velocidade de recesso de uma galxia distante proporcional distncia entre ns e a galxia: v = H

    0d

    H0: constante de Hubble, medida para a taxa

    da expanso (inclinao da reta no grfico).

    O valor da constante de Hubble foi umassunto controverso por dcadas, mas hojeas opinies convergiram para um valor de

    ~70 km/(sMpc),

    1 pc (parsec) = 30,8571012 km = 3,26156 anos-luz

    Edwin Hubble

  • EvidnciasLei de Hubble (1929):

    Alm de provar a expanso do Universo, a Lei deHubble ns fornece um mtodo para medir adistncia de uma galxia:

    medir z atravs de uma linha espectral conhecida: z = /

    0 - 1

    => Distncia d = v/H0 = cz/H

    0

    Isto foi feito para milhes de galxias!

    => Amostras de redshifts

    0

    comprimento de onda

    espectro como foi emitido pela galxia

    espectro ao chegar na Terra

  • Amostras de redshifts

    Cfa Survey, 1985 Nas amostras de redshifts, tambm se v os aglomerados de galxias, ...

    Evidncias

    redshift z,corresponde distncia

    direo no cu

  • Surveys de redshifts

    ..., e os super-aglomerados.

    EvidnciasAmostra de redshifts 2dF, 2003, alcana redshifts (distncias)

    4 a 5 vezes maiores queo Cfa Survey

  • Surveys de redshifts

    Resultados: Galxias agrupados em: Grupos: 50 galxias, Raios ~ 1 Mpc Exemplo: Grupo Local Aglomerados: 50 a 1000 galxias, Raios = 1 a 5 Mpc Maiores estruturas gravitacionalmente ligadas Super-aglomerados: Aglomerados de aglomerados: Raios: dezenas de Mpc

    Em escalas 100 Mpc: Universo parece homogneo

    Evidncias

  • Radiaco Csmica de Fundo

    Penzias e Wilson

    Emitida na poca da re-combinao (f