Cosmologia. (Parte I) Apresentação por Thays Barreto

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1 Cosmologia (Parte I) { Apresentação por Thays Barreto tha.barreto@hotmail.com

2 Parte I Cosmo-o-quê? O Universo; Histórico; O Nascimento da Cosmologia Moderna; O Big Bang; A Evolução do Universo; Evidências do Big Bang; A Radiação Cósmica de Fundo; Referências Bibliográficas. Parte II Semana que vem Parte III 31/08 Resumo da aula

3 Cosmo-o-quê? Cosmologia (do grego κοσμολογία, κόσμος= "cosmos / "ordem / "mundo" + -λογία="discurso"/"estudo") é o ramo da astronomia que estuda a origem, estrutura e evolução do Universo a partir da aplicação de métodos científicos. (Ref. [3]) Em outras palavras: É o ramo da Ciência que se dispõe a estudar e propor teorias sobre a origem, estrutura e evolução do Universo

4 O Universo Surgimento do Universo: 13,7 bilhões de anos (Big Bang);

5 Histórico Idade Média Universo = Sistema Solar; Tentativas (teóricas) de conferir ordem e significado ao Universo; Cosmogonia Cosmologia => Teologia + Filosofia; mitos de criação (egípcios, chineses,...); Representação do Universo Medieval ( ApianCosmology.png) Evolução da ciência evolução dos instrumentos teorias mais concretas;

6 O Nascimento da Cosmologia Moderna Fim da ideologia da Terra como um corpo central no Universo; (1915) Teoria da Relatividade Geral, por Einstein nova teoria sobre a gravitação dos corpos; F G ( i) = a( i) Se o raio de luz sofre deflexão devido a uma forte aceleração ele sofrerá deflexão na presença de um campo gravitacional. Se a luz (não tem massa) sofre essa deflexão tudo que existe sofre ação semelhante. Curvatura do tempo-espaço

7 Einstein: O Nascimento da Cosmologia Moderna força da gravidade é uma deformação no tempo-espaço; Ex: O Sol curva o espaço de tal forma que o único movimento possível para a Terra é uma órbita elíptica; Universo dinâmico (se contrai ou expande?) X para Einstein o Universo era estático; Conceitos teóricos; A gravidade por Einstein: Sol z Terra ( /spacetime.jpg)

8 Hubble: O Nascimento da Cosmologia Moderna Métodos observacionais e experimentais; Mediu as distâncias de diversos corpos celestes; Redshift; Quanto mais distante se encontrava a galáxia, maior era o deslocamento de seu espectro para o vermelho (redshift); para o caso de objetos se aproximando, seu espectro tente ao azul. O Redshift ( f)

9 Hubble: O Nascimento da Cosmologia Moderna Conclusão a maior parte dos objetos observados no céu encontramse muito distantes da nossa Galáxia; Através do estudo de outras galáxias elas estavam se distanciando na nossa Universo em EXPANSÃO! Universo em Expansão ( ons.gif) Exemplo do bolo com passas ( ns.gif)

10 Fred Hoyle: Teoria do Universo Estacionário Universo se expande, mas sua densidade média (nº de galáxias por volume) permanece inalterada; O Universo foi ontem como vemos hoje e assim será amanhã; George Gamow: A partir de cálculos Universo jovem: Hoyle: O Nascimento da Cosmologia Moderna Muito menor, mais quente e extremamente denso; Composto por subpartículas; Universo esfriou até que se formaram os átomos de hidrogênio; Abominava a teoria de Gamow por estar relacionada à Física Nuclear e, indiretamente, à bomba atômica pejorativamente chamou-a de Big Bang ( grande boom );

11 O Nascimento da Cosmologia Moderna Gamow: elementos se formaram durante esse Big Bang X Hoyle: elementos se formaram no interior da estrelas; Ambos corretos! H e He Big Bang; Elementos mais pesados interior das estrelas; Mas foi Gamow quem forneceu a teoria mais aceitável sobre o Universo;

12 Esquema da Evolução do Universo ( O Big Bang

13 O Big Bang Antes do Big Bang Universo = diminuto, extremamente denso e quente (muito quente!) sofre constante compressão; Antes do Big Bang Universo = diminuto, extremamente denso e quente (muito quente!) sofre constante compressão; Alta temperatura caldo caótico de partículas elementares; Energia Matéria; Criava-se matéria a partir da energia! expansão violenta (Big Bang); Energia Partícula; Anti-partícula; Cada par de partículas opostas, quando colididas, se aniquila;

14 O Big Bang Teoria original do Big Bang no Universo qtde. de partículas = qtde. de antipartículas X não ocorre! Par partícula-antipartícula existia por instantes muito pequenos de tempo => não existentes Falso Vácuo; Algum processo desconhecido um dos pares existiu por mais tempo inchamento violento da região crescimento exponencial => Era Inflacionária fim da homogeneidade do espaço; Homogeneidades na densidade de matéria aglomerados de galáxias; Inflação termina na chamada Transição de Fase: crescimento exponencial crescimento linear + matéria e antimatéria perdem seu equilíbrio;

15 O Big Bang Universo continuou a crescer diminuição da sua densidade diminuição da sua temperatura; Partículas + Antipartículas: aniquilaram-se enorme quantidade de fótons => Radiação Cósmica de Fundo; 10 5 s: quarks prótons e nêutrons; Elétrons livres absorviam grande quantidade de fótons ganham velocidade; Universo continuava a crescer! 3 min.: sopa primordial havia se resfriado prótons + nêutrons = núcleos de deutério (H pesado) e He X maioria dos prótons permaneceu só = núcleos de H;

16 O Big Bang D matéria D radiação X com o crescimento do Universo: D matéria > D radiação fim dessa era; anos: Era da Matéria X Era das Estrelas (mas ainda não existiam estrelas!) anos: Cosmos grande o suficiente para que sua temperatura tivesse baixado a ponto de permitir que elétrons se unissem aos núcleos 1ºs átomos; Elétrons (unidos aos núcleos) não podem mais absorver todos os fótons X podem absorver apenas comprimentos de onda específicos grande quantidade de fótons livres;

17 Esquema da Evolução do Universo ( O Big Bang

18 O Big Bang O que precedeu o caldo de partículas elementares? O que originou esse caldo? Não se sabe. Considera-se que os conceitos de espaço e tempo tenham surgido a partir do Big Bang, como são a base dos estudos da Física, não podemos explicar a física daquele momento se estes não existiam.

19 A Evolução do Universo Nuvens de gás protoestrelas estrelas + aglomerados globulares; Estrelas galáxias; Núcleo das estrelas elementos pesados; Durante a evolução das estrelas discos planetários Sistema Solar; Estruturas rochosas orbitavam estrelas átomos originaram moléculas cada vez mais complexas evolução da vida na Terra;

20 A Evolução do Universo UNIVERSO ESTÁ EM ETERNA EXPANSÃO! Por que? Toda a matéria junta presente no Universo, ainda não chega nem perto da densidade necessária para reverter ou parar a expansão!

21 Evidências do Big Bang Paradoxo de Olbers (1923) Idade Finita do Universo: Se o Universo é infinito e existe desde sempre qualquer lugar no céu que olharmos deverá haver uma estrela o céu deveria ser tão brilhante quanto a superfície de uma estrela X o céu de noite é escuro tamanho ou idade do Universo deve ser finito; neste caso a idade é finita; Imagem obtida pelo telescópio Hubble mntendo a câmera aberta por 10 dias em uma região aparentemente sem estrelas no céu( DFS.JPG)

22 Evidências do Big Bang Redshift: Os espectros de galáxias distantes são deslocados para comprimentos de onda maiores, ou seja, os comprimentos de onda são esticados pela expansão do Universo. A luz das galáxias distantes leva mais tempo para chegar até nós vemos os objetos com redshifts altos, como eles eram no passo, quando a idade do Universo era menor; O Redshift ( f)

23 Evidências do Big Bang Lei de Hubble: Hubble observou a expansão do Universo e criou uma lei que nos fornecesse a distância de uma galáxia; Radiação Cósmica de Fundo: Prova de que ocorreu uma combinação do par partícula-antipartícula;

24 A Radiação Cósmica de Fundo Da época da formação dos átomos: par matéria-antimatéria se aniquilava produção de fótons constantemente absorvidos pelos elétrons livres X durante a formação dos átomos elétrons + núcleos elétrons absorviam apenas comprimentos de onda específicos; Descoberta por Penzia & Wilson (1965) e explicada por Burke, Dicke e Peebles; Estudada pelos satélites COBE, WMAP e Planck.

25 A Radiação Cósmica de Fundo Mapas de Temperatura da Radiação de Fundo do céu: COBE WMAP -Extremamente homogênea: Azul 0K Vermelho 4K -Numa escala mais fina: Azul 2.721K Vermelho 2.729K aparece o momento dipolo devido ao movimento do Sol;

26 A Radiação Cósmica de Fundo Mapas de Temperatura da Radiação de Fundo do céu: COBE WMAP O Sol está se movimentando nesta direção em relação ao referencial da radiação cósmica efeito Doppler: detectamos a radiação com comprimentos de onda mais curtos medimos uma temperatura da radiação mais alta O Sol está indo pra direção oposta desta direção comprimentos de onda mais compridos temperatura mais baixa

27 -S/ movimento do Sol: Regiões azuis são K mais frias que as vermelhas - Via Láctea no meio. A Radiação Cósmica de Fundo Mapas de Temperatura da Radiação de Fundo do céu: COBE WMAP -Extremamente homogênea: Azul 0K Vermelho 4K -Numa escala mais fina: Azul 2.721K Vermelho 2.729K aparece o momento dipolo devido ao movimento do Sol;

28 A Radiação Cósmica de Fundo

29 A Radiação Cósmica de Fundo Retirando-se a interferência da Via Láctea mapa da densidade da matéria visível do Universo anos após o Big Bang;

30 Curiosidades #1 (Ref. [6]) Telescópio Espacial Hubble: imagens de uma galáxia em formação não muito após o Big Bang! Nome: A1689-zD1; Formação: Dark Ages período no jovem Universo quando as primeiras estrelas e galáxias estavam nascendo, durou de a cerca de um bilhão de anos após o Big Bang. Astrônomos acreditam que foi uma das responsáveis por colocar fim às dark ages. Imagens da Galáxia A1689-zD1 ( /images/screen/heic0805a.jpg)

31 Curiosidades #1 (Ref. [6]) Illustração da aparência da Galáxia ( n.org/images/ar ticles/ hubble-spitzergalaxydistance_3.jpg) Mapeamento do Big Bang e a Galáxia encontrada por Hubble (

32 [1] DAMINELI, Augusto & STEINER, João. O Fascínio do Universo. Editora Odysseus. Edição 1. Ano [2] CHERMAN, Alexandre. Cosmos-O-Quê?. Editora Fundação Planetário. Ano [3] Acessado em Acessado em [4] Acessado em [5] WESTERA, Pieter. Cosmologia Ensino de Astronomia no Grande ABC [6] Acessado em Referências