Thaisa Storchi Bergmann

Thaisa Storchi Bergmann Membro da Academia Brasileira de Ciências Prêmio L Oreal/UNESCO For Women in Science 2015 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 1

Resum0 da primeira aula: Big Bang- >Radiação de Fundo A Era da Escuridão A formação das primeiras estrelas A formação de sistemas planetários Galáxias e Quasares Conteúdo do Universo: matéria bariônica, matéria escura, energia escura Questões 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 2

3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 3

Distância = tempo Expansão do Universo - > Big Bang Fótons=Energia: E=mc 2 Fótons - > partícula + anti- partícula (primeiro quarks, depois elétrons) 3 min.: nucleosíntese - > só núcleos de H e He 380 000 anos: e - +núcleos - > átomos nêutros H e He - > radiação de fundo 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 4

Radiação que sobrou do Big Bang 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 6

Mapa da radiação de fundo: mostra a distribuição da matéria no momento do último espalhamento : amarelo/vermelho =concentração de massa; azul=vazios Semente de tudo que se formou depois 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 7

380 000 a ~300 000 000 de anos: nuvens escuras de H e He; Nuvens contraem sob ação da gravidade - > estrelas, galáxias, buracos negros o que se formou primeiro? Galáxia mais distante: z=8.63: ~600 milhões de anos; Lentes gravitacionais - > z=11: ~400 milhões de anos Quasar mais distante (Buracos Negros Ativos): z=7.1: ~800 milhões de anos 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 8

Distância: 13.3 bilhões de anos- luz Idade do Universo: 400 milhões de anos 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 9

Lentes Gravitacionais Amplificação da luz de objetos distantes por objetos mais próximos Prova mais contundente da Relatividade Geral de Einstein: a matéria curva o espaço! Fonte: The internet Encyclopedia of Science 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 10

~ 300 milhões de anos: primeiras estrelas, dentro das primeiras galáxias - > Universo acende com ionização do gás ao redor das estrelas; ainda não vemos - > James Webb Space Telescope, também projetos em rádio frequência Square Km Array (SKA, Africa do Sul) para observar gás escuro. Por volta de 1 bilhão de anos, Universo ficou brilhante devido à intensa formação de estrelas 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 11

James Webb Space Telescope Espelho de 6m; localização: ponto de Lagrange L2 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 12

Na Via Láctea: em nuvens moleculares H 2 : massas ~ 10 000-10 milhões de M, tamanho ~ 300 anos- luz, T ~20K Contração da Nuvem até temperatura central permitir reações nucleares Evolução da estrela depende da massa 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 14

O Sol vai terminar assim 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 16

Remanescentes de Supernovas: Nebulosa do Caranguejo e Cassiopeia A 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 18

No centro do Sol: H - > He Em estrelas mais massivas: Síntese de núcleos mais pesados, além do C Sol - > Gigante vermelha: 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 20

Elementos mais pesados do que Fe - > sintetizados via captura de nêutrons Elementos se juntam a nuvens - > novas estrelas se formam + possíveis planetas - > somos poeira de estrelas! O Sol se formou assim, quando o Universo tinha 5 bilhões de anos de idade 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 22

Supernova: ejeta elementos pesados Novas estrelas - > enriquecidas de elementos pesados - > sistemas planetários 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 23

Nuvem colapsa e achata para conservar momentum angular Centro quente forma a estrela quando começam reações nucleares Na periferia começam a se formar planetesimais ( gaps ) Como sabemos que é este o processo? 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 24

Gaps são devidos a planetas em formação Filme: https://vimeo.com/110940294 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 25

Além de galáxias, estrelas, planetas Buracos Negros (estelares: colisão - > ondas gravitacionais recém detectadas pelo LIGO) Buracos Negros Supermassivos (Quasares) 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 29

Distância: 12.9 bilhões de anos luz Universo tinha 800 milhões de anos concepção artística O que é um Quasar? Quasi Stellar Radio Source: observado como um ponto Maioria a grandes distâncias: mais comuns no passado Potência: trilhões de Sóis (10 x Via Láctea) de uma região menor do que 1 milhionésimo do raio da galáxia: fonte de energia não pode ser estrelas 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 30

Jatos atingem 1 milhão de anos- luz de distância Galáxia Origem: núcleo das galáxias Jatos de partículas 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 31

Núcleos de galáxias onde: Buraco Negro Supermassivo (BNS) captura matéria Fonte de energia: queda da matéria no BNS análogo a uma Hidroelétrica Ao redor do BNS: disco de acreção (turbina) concepção artística Feedback: jatos, ventos, radiação do disco de acreção - > influenciam a evolução das galáxias 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 32

Observações do Universo: Quantidade de matéria visível (bariônica) Movimento das estrelas e galáxias Expansão do Universo Radiação de Fundo do Universo 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 33

Elementos pesados 0,03% Neutrinos 0,3% Estrelas 0,5% Hidrogênio e Hélio livres 3.2% Energia escura 70% Matéria escura 26% Não conhecemos natureza da matéria e energia escuras: 96% do Universo! 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 34

Observação: Estrelas e nuvens de gás nas bordas das galáxias: velocidades orbitais maiores do esperado a partir da massa visível É preciso mais matéria do que vemos! Fonte: Cosmos, SAO 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 35

Matéria escura Halo de matéria escura: massa 6 vezes maior do que da matéria bariônica (luminosa). Matéria luminosa 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 36

Aglomerado de Coma: ~10.000 membros, diam. ~20 milhões a.l., dist. : 333 milhões a.l. Observação: Velocidade orbital das galáxias em Aglomerados é maior do que a esperada a partir da luz das galáxias observadas + gás -> implica 6 vezes mais matéria, que não é visível. 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 37

Observação: massa do aglomerado distorce e amplifica imagens de galáxias mais distantes (arcos). Geometria dos arcos -> cálculo da massa do aglomerado, resulta 6 vezes maior do que massa visível. 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 38

Analogia: objeto lançado desde a superfície da Terra: se desacelera devido à atração gravitacional da Terra Expansão deveria se desacelerar pela atração gravitacional da massa do Universo Destino do Universo dependeria da quantidade de massa: se muito grande - > re- colapso; se muito pequena - > expansão para sempre, mas sempre desacelerada Mas... 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 39

Natureza da energia escura ainda não é conhecida. Proposta: energia do vácuo; à medida que o Universo expande, vai aumentando sua contribuição. 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 40

Cabo de guerra cósmico: a energia escura aos poucos vai ganhando da matéria escura A Energia Escura (repulsiva) ganha da Matéria Escura (atrativa) com o passar do tempo, desde idade do Universo de 9 bilhões de anos A Matéria Escura atrai, puxa A Energia Escura repele, empurra Esta Energia Escura é mesmo repulsiva 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 41

Antes da descoberta da Energia Escura, todos futuros possíveis Agora, o futuro parece ser a expansão acelerada Daqui a 100 bilhões de anos todas as galáxias além de Andrômeda vão desaparecer (além do horizonte visível) 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 42

500 milhões de anos: Terra deve ser atingida por meteorito do tamanho do que provocou extinção dos dinossauros 4 bilhões de anos: Sol vira gigante vermelha, chega até a Terra; Andrômeda vai se chocar com a Via Láctea 100 bilhões de anos (10 11 ): galáxias além de Andrômeda vão escapar do horizonte 100 trilhões de anos (10 14 ): estrelas esgotam seu combustível e morrem, só ficam anãs brancas esfriando, estrelas de nêutrons e buracos negros 10 43 : Era dos Buracos Negros, únicos que sobram Muito além: toda matéria se desintegra, Universo vazio - > novo Big Bang? 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 43

O que é a radiação de fundo do Universo? O que é a era da escuridão? Qual o redshift e distância da galáxia mais distante? E do Quasar mais distante? O que é um Quasar? Quais são os constituintes do Universo e suas proporções aproximadas? O que é matéria escura? O que é energia escura? Qual será o futuro do Universo? 3/11/16 Thaisa Storchi Bergmann, Breve história do Universo, Parte II 45