Cosmologia

Horacio Dottori

IF-UFRGS

2007

• Qual é a sua idéia de Universo?

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Breve história da cosmologia

• Conceitos básicos– extensão espacial

• finita (com bordas)• finite (sem bordas)• infinite

– nossa lugar• Terra no centro• Sol no centro• Sist solar perto do centro• Sist. Solar longe do centro• Não existe centro.

– Passado e futuro• ambos finitos

(creação, destrução futura)

• ambos infinitos(sem início nem fim)

• finite past, infinite future

– dinâmica• estatic• Em expansão

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Idéias primitivas: cosmologia

• Aristóteles/Ptolomeu– Terra-centro, finito,

eterno, estático

• Aristarchos/Copernicus– Sol-centro, finite, eterno,

estático

A época, pouca ou nenhuma evidência observacional de Sol no centro!

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Renascimento

• Nasce a ciência moderna– Método científico

• Galileo

– Observações modernas• Tycho, Galileo

– análisis• Kepler, Galileo, Newton

Newtonian cosmology

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Cosmologia Newtoniana

• Newton: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687– Gravitação, F = GMm/r2, e 2da lei, F = ma– Tamanho aprox. S. Solar (Cassini, 1672)

• from parallax of Mars

– Vel. Finita da luz (Ole Rømer, 1676)

• Das luas de Júpiter

– dist. das *s, no– galáxias, no

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Desenvolvimentos posteriores

• James Bradley, 1728: aberração da luz– Provou que a Terra gira em torno do Sol

• Bradley calculou a vel da luz com precisão de 1%

• Friedrich Bessel, 1838: paralaxe– Distâncias às estrelas próximas

• Uma descoberta pra qual chegou o tempo: 3 medidas no mesmo ano após 2000 anos de pesquisa!

• Michelson & Morley, 1887: não existe arrasto do aether – A vel. da luz emitida no lab. não depende do movimento da

Terra.

A luz viaja com velocidade finita !

• Olhar longe é vêr o passado. Os objetos mais jovens.

• Hipótese: o Universo é homogêneo e isotrópico.

Os quatro pilares da Cosmologia Standard

• A expansão do Universo

• A origem da radiação do fundo de céu

• A nucleosíntese dos elementos

• A formação de estruturas em grande escala

• A expansão acelerada (faz 9 anos)

Espectro do Hidrogênio

Como medir o movimento das galáxias? você está se afastando!

A Expansão do Universo, Lei de Hubble

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Estrelas Ceféidas

• São suficientemente brilhantes para ser vistas a distancias de 35-70 Mal pelo HST ou telescópios de 8-10-m.

• Distâncias por brilho • e paralaxe.• Distâncias às Nuvens de • Magalhães bem estabelecida.

Distâncias

• Distância Angular: basicamente compara o tamanho de objetos extensos conhecidos para inferir a distância.

Distância = tamanho linear/ tamanho angular.

• Distância Luminosidade: a energia radiada por um objeto deve ser a mesma que passa por cualquer superfície fechada que rodeia o objeto. Para uma superfície esférica:

Fluxo luminoso a distância R = Luminosidade/4πR^2

24/ RLf

Distâncias• O avermelhamento

da luz é a maneira mais fácil de medir a distância. A interpretação é a distância num dado tempo cósmico.

• Outra forma é o looking back time.

• Dlbt = c(to-temis)

2

42

)1(

)1/(

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zDD

zTT

TRL

AL

emisobs

emis

Condições impóstas pelaRadiação cósmica de fundo

Curva de Radiação de Fundo de Céu

Radiação do Fundo de Céu

W-MAP

Boomerang

Cinemática e Dinâmica de galáxias e aglomerados de galáxias:

Materia Escura

• Curva de rotação das galáxias.

• Lentes Gravitacionais em aglomerados de galáxias.

• Onde d é a distância da fonte de curvatura e Beta é o raio do anel de Einstein em seg de arc.

R

RMGv

)(.2

2

4

dc

GME

Matéria Escura

Sinais da evolução: contraste de densidade

• Nas regiões onde há matéria a atração gravitacional contra-resta a expansão do Universo. Ou seja o contraste de densidades entre as regiões menos e mais densas tende a se acentuar com o passar do tempo. O contraste de densidades é uma medida da idade do Universo. Modelos numéricos devem reproduzir a observação presente (palestra de Ângelo Fausti, hoje de tarde).

2 %

DO

UNIVERSO

Variação das flutuações de densidade com a distância

Formação dos elementos e enriquecimento

www.astronomynotes.com, Nick Strobel

Matéria Escura

Expansão acelerada: Energia Escura

Supernovas Ia: Expansão acelerada

O efeito Casimir

One of Casimir's colleagues, Theo Overbeek, realized that the theory that was used at the time to explain van der Waals forces, which had been developed by Fritz London in 1932, did not properly explain the experimental measurements on colloids. Overbeek therefore asked Casimir to investigate the problem. Working with Dirk Polder, Casimir discovered that the interaction between two neutral molecules could be correctly described only if the fact that light travels at a finite speed was taken into account.

Soon afterwards, Casimir noticed that this result could be interpreted in terms of vacuum fluctuations. He then asked himself what would happen if there were two mirrors - rather than two molecules - facing each other in a vacuum. It was this work that led to his famous prediction of an attractive force between reflecting plates.

Fim!