Baixe cosmologia - modelo padrao e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Cosmologia: a estrutura do nosso universo MSc Rodrigo Nemmen FIS2207 – Fundamentos de Astronomia Dez. 2006 Qual o modelo cosmológico “padrão” atual para a evolução do universo? Teoria do Big Bang Comprovação observacional Previsão: Radiação cósmica de fundo em microondas Comprovado: Penzias & Wilson (1964), Labs. Bell Observações mais recentes: • satélite COBE (1992) • satélite WMAP (2003 até hoje) Prêmio Nobel da física deste ano!!! nobelprize.org C. Frenk Radiação cósmica de fundo em microondas: radiação emitida pelo universo quando tinha ~400000 anos de idade (menos de 1% da idade atual, quando surgiram os primeiros átomos) Esta radiação vem igualmente de todas as direções ao redor da Terra! “Temperatura” da radiação ≈ 3 K (3° C acima do zero absoluto!) Em 1992 o satélite COBE descobriu flutuações na “temperatura” dessa radiação, consistentes com a teoria do Big Bang! A Radiação Cósmica de Fundo em Microondas C al dw el l & Ka m io nk ow sk i C. Frenk Radiação Cósmica de Fundo Modelo cosmológico “padrão” atual Geometria do universo Quais tipos de geometria o universo pode ter? tamanho finito infinito infinito Bucher & Spergel tempo ta m an ho aberto fechado plano presente Li dd le Modelo cosmológico “padrão” atual Geometria do universo A geometria do universo depende de quanta energia ele contém (incluindo radiação e matéria) Densidade crítica para o univ. ser plano: A densidade costuma ser parametrizada em termos de ρc: Comparem com a densidade da água: Universo aberto (hiperbólico): 1 Universo plano: 1 Universo fechado (esférico): 1 Ω < Ω = Ω > Observações da radiação de fundo (entre outras) mostram que Ω ≈ 1, evidências bastante fortes de que o universo é plano (h ≈ 0.7) Modelo cosmológico “padrão” atual A idade do universo Tarefa: recordem a aula da Profa. Thaisa no início do semestre Essa aula está disponível para download na internet http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/FIS02207/fis02207.htm Modelo cosmológico “padrão” atual Composição do universo: MATÉRIA ESCURA Evidência clássica: estudos do padrão de velocidades das estrelas nas galáxias (curvas de rotação) A massa visível é quantificada nas galáxias (estrelas, gás), decresce com o raio Física básica - gravitacão Newtoniana: a velocidade circular das estrelas deve-se à massa interna às órbitas consideradas 2 2 ( ) g GMm mvF GM r r rv r == = ⇒ Esperado Medido!! Possíveis explicações: ou a gravitação Newtoniana está errando... ou há mais matéria do que estamos enxergando! Inventório Cósmico Modelo cosmológico “padrão” atual Composição do universo: MATÉRIA ESCURA Atualmente: vários tipos de observações astronômicas mostram que há uma grande quantidade de matéria não- visível que permeia o universo • curvas de rotação das estrelas em galáxias • velocidades orbitais de galáxias em aglomerados de galáxias (aula anterior do Prof. Basílio) • observações via efeito de lentes gravitacionais (aula anterior do Prof. Basílio) Matéria “escura”: ≈ 23% Não emite ou reflete luz Apenas seu efeito gravitacional é sentido pelo resto do universo Inventório Cósmico Um dos grandes desafios da física: descobrir a composição da matéria escura! Não é composta por nada convencional: elétrons, prótons, nêutrons (ou neutrinos)... Candidatos: partículas elementares hipotéticas – WIMP, axion Weakly Interacting Massive Particles Estrutura de uma galáxia matéria normal dá matéria escura Modelo cosmológico “padrão” atual Composição do universo: ENERGIA ESCURA Observações recentes com o satélite WMAP sugerem que a energia escura compõe ≈ 73% do universo! O espaço existente entre as galáxias não é vazio como parece, mas aparentemente está preenchido com energia escura! Um dos grandes desafios da física: descobrir a natureza da energia escura! Inventário Cósmico Candidata: “constante cosmológica” (Λ) o espaço vazio do Cosmos tem energia (energia de vácuo) esta energia é explicada pela mecânica quântica: surge das flutuações do vácuo, consequência do princípio da incerteza de Heisenberg! Modelo cosmológico “padrão” atual Composição do universo 1 c ρ ρ Ω = ≈Densidade de energia total do universo: mat. "normal" mat. escura en. escura 1Ω = Ω +Ω +Ω = 0.04 0.23 0.73 (universo plano) Questões O que é a teoria do Big Bang? Quais as previões teóricas básicas da teoria do Big Bang, que foram comprovadas? O que é a radiação de fundo em microondas? Qual a idade do universo quando ocorreu a nucleossíntese (formação dos primeiros núcleos atômicos)? Quais tipos de geometria o universo pode ter? Qual é a geometria favorecida pelas observações? Quais são os constituintes do universo, e as suas proporções? O que é, em termos gerais, a matéria escura e energia escura? Quais as principais evidências observacionais para a existência da matéria escura e da energia escura, respectivamente?