1. Teia do Saber – 2005
Conceitos Basicos de Astronomia
para o Ensino de Ciencias
Jorge Mejia Cabeza
Ph.D. Astrofisica – INPE
cafeastronomico@yahoo.com.br
2. Conteudo
→ Historia do pensamento astronomico.
→ A nossa vizinhanca cosmica.
→ Evolucao Estelar.
→ Introducao a Cosmologia.
→ Observacao do ceu.
→ Instrumentos para astronomia.
12. Alguns poucos grandes nomes da
Antiguidade:
→ Parmenides de Eleia
→ Aristoteles de Estagira
→ Heraclides
→ Aristarco de Samos
→ Eratostenes de Cirene
→ Hiparco de Niceia
→ Claudio Ptolomeo
22. O Universo a inícios do século XX:
Qual a natureza das Nebulosas em Espiral?
23. ¿Qual é a distância entre nós e as
estrelas? ¿São as todas as estrelas
“iguais”?
¿Quais são o tamanho e o formato
da Galáxia?
¿Qual é a natureza das nebulosas
(espirais)?
¿Estão elas, as nebulosas espirais,
dentro ou fora da Galáxia?
24. Objetivo da cosmologia
¿uma questão de fé?
Estudar a origem, as propriedades (estrutura) e a
evolução (destino) do Universo como um todo.
A cosmologia tem uma única imagem de um único
objeto para ser estudada: não há outros
observadores e nem outros universos que sirvam de
controle, e nem podemos rodar todo o experimento
novamente.
Todo o esforço dos cosmologistas se centra, então,
em produzir o melhor modelo (descrição matemática)
possível do universo em que vivimos.
25. Bases observacionais da
Cosmologia
- Tamanho (e forma) do Universo
- Princípio Cosmológico
- Expansão (idade) do Universo
- Abundância dos elementos químicos
- Temperatura do Universo
29. Hubble a Shapley: “Estará interessado em saber
que encontrei uma variável cefeida em M31.
Tenho observado a nebulosa nesta estação tão
atentamente como o tempo o permite, e nos
últimos 5 meses observei 9 novas e 2 variáveis.
As duas variáveis encontrei-as na semana
passada... A distância resulta ser de algo mais
que 300.000 pc.”
Shapley responde: “Esta carta destruiu meu
universo!”
Curtis estava correto a propósito dos universos
ilha, porem errado em quanto ao tamanho da
Galáxia.
30. A expansão do Universo
(espectroscopia e efeito Doppler)
Slipher, 1920’s: deslocamento para o vermelho em
36 de 41 espectros.
Hubble, 1936, 165 galáxias.
Humason et al., 1956, 800 galáxias.
Palumbo et al., 1983, 8250 galáxias.
31. Efeito Doppler
emi
emi
obs
z
λ
λ
λ
λ
λ −
=
∆
≡
Da teoria especial da relatividade (efeito Doppler):
c
v
c
v
c
v
z +
≈
−
+
=
+ 1
1
1
1
2
2
Conhecidas as distâncias a algumas galáxias, e
determinado seu deslocamento para o vermelho, pôde
estabelecerse uma relação entre “z” (ou “v”) e “d” (z =
v/c ∝ d): d
H
v 0
=
35. Idade do Universo
Tempo de Hubble:
τH ≡ (1/H0) ≈ 10 – 20 bilhões de anos (Gy)
Idade do sistema Terra-Lua: 4.6 Gy.
Radio isótopos em meteoritos: 11 – 12 Gy
Idade das estrelas mais antigas (em aglomerados
globulares): 11 – 12 Gy.
41. Isotropia e homogeneidade
O principio cosmológico.
O Universo deve ser equivalente,
independentemente do local de observação e da
direção que se observe: O Universo é homogéneo e
isotrópico.
Para escalas maiores que 300 Mpc, a distribuição
de matéria no Universo parece ser homogénea e
isotrópica.
43. Modelos cosmológicos
Condições observacionais:
O Universo é homogéneo e isotrópico em
grandes escalas.
O Universo se expande.
Os elementos leves tem origem primordial.
O Universo alguma vez foi mais quente e
denso.
O Universo teve um começo?
O Universo é infinito?
45. Problemas do modelo do BBC
Problemas não resolvidos pelo modelo do Big Bang
Quente:
→ Singularidade.
→ Flatness problem.
→ Problema da homogeneidade.
→ Criação de anisotropias.
→ Problema da unicidad.
Inflação
46. Alternativas ao modelo padrão
Big Bang → simples e em acordo com as observações.
Outros modelos:
Luz cansada (Hubble & Tolman).
Estado Estacionário (Bondi, Gold & Hoyle):
Ppio. Cosmológico Perfeito.
Big Bang frío: modelo simétrico (Alfvén & Klein).
http://www.tim-thompson.com/cmb.html
61. U-2 em Perú:
Piloto do U-2. Podem
ser vistos a roupa
espacial e o tanque de
oxigênio. O piloto usa
oxigênio por dois
motivos:
(1) Altitude de vôo.
(2) Calor de Lima.
62.
63. Satélite Relict: 1983 !
Strukov et al. 1992 (Relict-1 Experiment - New Results)
ν = 37 GHz
74. Bennett et al. 2003
Smoot et al. 1992
Sensibilidad:
WMAP es
45 veces mejor
que COBE
Resolución angular:
WMAP es
33 veces mejor que
COBE
(Consistencia de los
mapas
WMAP y COBE)
WMAP Science Team
75.
76. Valores para el dipolo y cuadrupolo compatibles con
resultados anteriores: 3.346±0.017 mK en la
dirección (l,b)=(263.85, 48.25) y 8±2 µK.
Idade do Universo: 13.7 Gy
Edad de desacoplamiento: 379+8
-9 My ó z = 1089
Densidade da matéria (h=0.72): 0.26
Densidade dos bárions (h=0.72): 0.043
Densidade total do Universo: 1.02 ± 0.02
Resultados Cosmológicos
77. Em este universo, 4.4% de bárions, 22% de matéria
oscura y 73% de energia oscura.
Constante de Hubble: 72±5 km/s/Mpc
WMAP continúa a operar, así que la precisión de los
resultados deberá mejorar.
Resultados Cosmológicos
78. Bennett et al. (2003)
Mapa de las ARCF obtenido por combinación lineal
interna de los mapas individuales.
