Astrofísica Geral. Tema 23: Questões cosmológicas. Alexandre Zabot

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1 Astrofísica Geral Tema 23: Questões cosmológicas Alexandre Zabot

2 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 2 / 29

3 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 3 / 29

4 Princípios cosmológicos Um matemático pode dizer qualquer coisa que lhe agrade, mas um físico deve ser, ao menos parcialmente, sensato (J Willard Gibbs) Alexandre Zabot Astrofísica Geral 4 / 29

5 Princípios cosmológicos Princípios cosmológicos da Homogeneidade e da Isotropia podem ser verificados a posteriori em larga escala Alexandre Zabot Astrofísica Geral 5 / 29

6 Geometria Há três geometrias possíveis para o universo, que dependem da razão entre a densidade de matéria e energia escura no universo Não sabemos qual é esta razão, mas há fortes indícios de que seja Ω 0 = 1 Alexandre Zabot Astrofísica Geral 6 / 29

7 Curvatura A curvatura do universo pode ser medida, na aula 24 detalharei alguns experimentos sobre isso Alexandre Zabot Astrofísica Geral 7 / 29

8 Topologia Para uma geometria (plana, esférica, hiperbólica), há várias formas possíveis A fita de Möbius mostra uma forma possível para a geometria plana (video ) Alexandre Zabot Astrofísica Geral 8 / 29

9 Topologia Do ponto de vista da topologia, uma chícara e uma rosca são iguais Alexandre Zabot Astrofísica Geral 9 / 29

10 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 10 / 29

11 O que é Matéria Escura? Alexandre Zabot Astrofísica Geral 11 / 29

12 O que a Matéria Escura faz? A maneira como as estruturas do universo se formam depende do balanço entre as forças atrativas e repulsivas Alexandre Zabot Astrofísica Geral 12 / 29

13 O que a Matéria Escura faz? Matéria escura quente: estruturas menos aglomeradas em larga escala Matéria escura fria: estruturas mais aglomeradas em larga escala Alexandre Zabot Astrofísica Geral 13 / 29

14 Energia escura A energia escura é uma pressão negativa que empurra o universo a expandir mais rápido Alexandre Zabot Astrofísica Geral 14 / 29

15 Energia escura Mapeamento do universo pelo 2dF Rácz et al, 2017, publicaram um artigo mostrando que a energia escura é um efeito dos modelos cosmológicos que consideram o universo homogêneo em larga escala Será que é homogêneo ou não? Alexandre Zabot Astrofísica Geral 15 / 29

16 Matéria e Energia Escuras O balanço de forças entre Matéria e Energia escuras mudou ao longo da história do universo A Matéria Escura ganha enquanto o espaço é pequeno (densidade maior) A Energia Escura ganha quando o espaço é grande (espaço maior) A Matéria Escura ganhou até «78 Gyr, depois disso a densidade caiu muito e a Energia Escura desempenhou um papel mais importante Alexandre Zabot Astrofísica Geral 16 / 29

17 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 17 / 29

18 Inflação cósmica Lemaitre (1933): Problema do horizonte Por que o universo é homogêneo e isotrópico? A teoria da inflação cosmológica foi construída na década de 80 por Alan Guth, Andrei Linde e Paul Steinhardt para explicar uma série de dificuldades do modelo do Big Bang Por que o universo é plano? Ω 0 = 1 Alexandre Zabot Astrofísica Geral 18 / 29

19 Inflação cósmica Áreas que hoje aparecem-nos separadas no diagrama espaço-tempo, estiveram juntas no passado Uma expansão inflacionária explica isso e também explica porque Ω 0 = 1 Alexandre Zabot Astrofísica Geral 19 / 29

20 Inflação cósmica A Inflação Cósmica explica dois problemas fundamentais do Big Bang: O Problema do Horizonte e o Problema da Planicidade Alexandre Zabot Astrofísica Geral 20 / 29

21 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 21 / 29

22 Fluxo Escuro Alexander Kashlinsky, da NASA, e colegas, têm defendido que as velocidades dos aglomerados de galáxias não estão distribuídas aleatoriamente Há uma velocidade resultante não nula Isso pode indicar que os aglomerados de galáxias estão sendo atraídos por uma estrutura supermassiva fora do nosso universo observável! Alexandre Zabot Astrofísica Geral 22 / 29

23 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 23 / 29

24 O fim Como o universo se acabará? Depende da fração entre matéria (Ω M ) e energia escura (Ω Λ ) Big rip Morte fria Big crunch Cíclico Alexandre Zabot Astrofísica Geral 24 / 29

25 Esfriamento do universo Em 2015 foi divulgado que o universo está produzindo 2 vezes menos energia hoje do que há 2 bilhões de anos atrás Para chegar a esta conclusão, uma equipe de dezenas de astrofísicos estudaram imagens de mais de de 200 mil galáxias em diversos comprimentos de onda para calcular a energia total gerada em regiõe do universo em épocas diferentes Alexandre Zabot Astrofísica Geral 25 / 29

26 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 26 / 29

27 Multiversos O universo é único? Várias teorias diferentes Além do universo observável Mesmas leis físicas, desconectados Universos separados Leis físicas diferentes Resolve o problema da sintonia-fina Leis surgem por acaso (proposta contrária à de Dirac e inflação) Surgem em tempos diferentes Realizações quânticas Infinitas cópias de mim mesmo Duas últimas: não são falsificáveis Não é ciência É uma metafísica ideológica! Alexandre Zabot Astrofísica Geral 27 / 29

28 Índice 1 Princípios cosmológicos 2 Matéria e Energia Escuras 3 Inflação cósmica 4 Fluxo Escuro 5 Fim do universo 6 Multiversos 7 Bibliografia Alexandre Zabot Astrofísica Geral 28 / 29

29 Bibliografia Fontes para estudo O céu que nos envolve, capítulo 10 Curso de Astronomia II do Prof Steiner, aulas 17 a 22 Astronomia Extragaláctica, Gastão Lima Neto, cap 2 Seção Cosmologia em Alexandre Zabot Astrofísica Geral 29 / 29