Cosmologia palestra

1. Cosmologia

2. O Big Bang
e
universo
em
expansão

4. Previsões do Big Bang
1. Expansão do universo
2. RCF
3. Formação das galáxias
4. Nucleossíntese primordial

5. 1
A expansão
do
Universo

6. O que acontece
às galáxias
nessa
expansão?

8. Uma representação da expansão

14. Parece que estamos no centro do Universo

15. O que acontece
com o espaço
ao se expandir?

16. As galáxias estão se expandindo:
Para dentro de um espaço previamente existente?
Ou O espaço é que está se expandindo ?

17. Não há centro do Universo

19. Comprovação
da Previsão 1

20. Lei
de
Hubble
V=H0 r

21. 2
RCF ou CBR

22. Gamow
Penzias e Wilson

24. RCF – Formada 300.000 anos após o
BB

25. Animação sobre
formação da
RCF

28. Comprovação
da Previsão 2

29. COBE

30. Mapa do COBE
G. Smoot

31. WMAP

32. Resultados do WMAP
Resolução
7 vezes
melhor que o
COBE

33. Satélite Planck

34. Resultados do Planck Sensibilida
dedez vezes
maior que
os
anteriores

35. 3
Formação
das primeiras
Galáxias

36. As primeiras galáxias,
originaram-se por um
mecanismo, chamado
instabilidades gravitacional

37. Instabilidade gravitacional

38. Instabilidade gravitacional

39. Instabilidade gravitacional

40. Instabilidade gravitacional

41. Instabilidade gravitacional

44. Simulação de
formação
de galáxias

46. Comprovação
da Previsão 3

47. 4
Nucleossíntese
Primordial

48. Nucleossíntese
Durou 3 minutos, de
1,4 mins até 5,4 mins
de vida do universo

49. Antes e após a recombinação

50. Comprovação
da Previsão 4

52. Teoria do Big Bang
Padrão
Pontos questionáveis

53. Problemas do Big Bang
1. Do horizonte
2. Da sintonia fina
3. Da origem das flutuações de
jdensidade

54. 1. Problema do horizonte
Problemas do BB

57. 2. Problema da Sintonia Fina
Problemas do BB

59. hoje 00,1 e t0=1010
s com tp=10-43
s
Desenvolvendo em série
p(t)=1 – 5· 10-55
(na era de Planck)
p(t)= 1- 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.05

60. 3. Problema da origem das
flutuações de densidade
De onde surgiram as flutuações na
densidade da matéria, que deram
origem às galáxias?
Problemas do BB

61. Uma possível solução:
Inflação

62. Guth

63. A inflação durou 10-35
s
Durante esse tempo
o raio do universo aumentou
1050
vezes

64. A velocidade de expansão foi de
1085
km/s
Contradição com as leis de Einstein?
Não, porque àquela época essas leis
não se aplicavam.

65. 1. Problema do horizonte
Inflação como solução dos problemas do Big Bang

66. Como o raio do universo
aumentou 1050
vezes, tudo
“cabe” na singularidade.

67. 2. Problema da sintonia fina
Na teoria da inflação
Ω = 1
Contudo o  medido
é dife re nte de 1
Inflação como solução dos problemas do Big Bang

68. Para termos um  = 1
Proposta: Matéria escura
e
Energia escura

69. Matéria Escura

70. Curva
de
Rotação

72. Evidências
da Matéria Escura

73. Excesso de gás
quente em galáxias
A galáxia elíptica
NGC 720,
é envolvida por uma
nuvem de gás
emitindo RX, com
T = 7106
°C,
mas é impossível
confinar o gás em torno
da galáxia apenas pela
força gravitacional das
estrelas visíveis.
D = 80106
al
Chandra

74. Velocidade de
dispersão nos
aglomerados
As galáxias
possuem
velocidades
muito maiores
do que a força
gravitacional da
massa visível
poderia reter.

75. Gás quente em
aglomerados
Aglomerado
Abell 1698
Enorme halo de
RX
(Composição de imagens
Ótico e RX
HST e Chandra)

76. Efeito lente em
aglomerados
Efeito lente
gravitacional,
maior do que seria
produzido com a
massa visível
Cl 0024+17
(ZwCl 0024+1652)
D=5106
al
Dois aglomerados
que colidiram.

77. 3. Problema da origem das
flutuações de densidade
Flutuações quânticas
gerariam os contrastes de
densidade
Inflação como solução dos problemas do Big Bang

78. Energia Escura

79. Supernovas Tipo Ia
Anão branca + outra estrela
A anã absorve massa da estrela até um
determinado limite máximo,
então colapsa e explode em supernova,
como esse limite é sempre o mesmo,
a luminosidade é sempre a mesma
L  10109
L
Ocorre um explosão a cada 400 anos por
galáxia.

80. Dois grupos procuraram essas
supernovas
High-z Project
Brian Schmidt
Supernova Cosmology Project
Saul Pelmutter

81. Descobriram que elas são menos
luminosas do que deveriam ser.
A solução foi supor que algo expande
o universo além do esperado,
assim a luz dessas estrelas percorrem
uma distância maior,
e portanto, ficam mais fracas.

82. Expansão
Acelerada
Hipótese
Explicativa
Energia Escura

83. Composição do Universo – hoje

84. Problemas adicionais
• Problema da origem da
matéria escura
• Problema da origem da
energia escura
?

85. Problema da origem da matéria
escura
Existem muitos candidatos a matéria escura, depende da
teoria de unificação que se adota.
MACHOs – Massive Compact Halo Objects – Objetos compactos do halo com
grande massa
WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles –
Partículas de Grande Massa de Fraca Interação

86. Problema da origem da energia
escura
Constante cosmológica – uma densidade de
energia constante e suave que preenche todo o
universo, uma espécie de campo escalar gerado
pela energia de vácuo, contudo, sem uma
teoria da gravitação quântica a energia prevista
é 10120
maior que a observada.
Quintessência – campo escalar que pode varia
no tempo e no espaço

87. Algumas objeções ao BB
• “Alguma coisa não pode vir do nada”
• A teoria do BB não é uma teoria sobre a
origem do universo, apenas sobre sua
evolução.
• Não está claro se a lei de conservação,
pode ser aplicada ao início do universo.
(As leis vieram após o universo ser criado, t >0)
• Não está claro se podemos falar de tempo
antes do BB.

88. • A energia total do universo pode ser nula,
então o pp da conservação não é violado.
A energia potencial gravitacional,
negativa, pode ser igual a energia da
matéria e radiação.
• “Um universo ordenado como é hoje, não
poderia vir de uma explosão”
1º) Não houve uma explosão.
2º) No início o universo possuía um
baixíssima entropia.
• A questão de porque o universo iniciou
com uma entropia tão baixa e altamente
simétrico está em aberto...

89. Modelos cosmológicos alternativos
Nenhum deles se ajusta aos dados observacionais como o BB
a) Estado estacionário ou quase estacionário.
b) MOND (Modified Newtonian Dynamics) – Teoria da gravitação de
Newton modificada – A grandes distâncias a teoria da
gravitação já não seria mais válida.
(Suas previsões ainda não se ajustam às observações)
c) Luz cansada – Tenta explicar o redshift por outras causas
que não a expansão, a gravidade drenaria a energia da luz,
contudo os cálculos mostram que não é o suficiente para
explicar o redshift observado.
d) Universo de criacionistas...

90. A real origem do Universo
ainda é uma questão em aberto,
sujeita a especulações e modelos
Inflação caótica (Espuma de espaço-tempo,
caótica e não homogênea),
Modelo Ecpirótico (colisão de branas), ...

91. Teoria
da
Relatividade
Geral

92. Princípio de Mach
A inércia (massa) dos corpos não é uma
propriedade intrínseca destes,
é uma relação entre eles e o restante
das massas do universo
Mach

93. Equação de Einstein
Matéria
e/ou
Energia
Curvatura
do
espaço-tempo

 

94. ijij T
c
πG
G 4
8
=

96. ijij T
c
πG
G 4
8
=

98. ijij T
c
πG
G 4
8
=

99. Animação sobre a órbita
da Terra

101. Galáxia distorcida
por efeito lente no
aglomerado

102. Outros
Objetos

103. BNs e a
geometria do
espaço tempo

109. M84 – 400 km/s BN com 300106
M

110. Animação sobre
BN no
espaço-tempo

112. Pontes Einstein-
Rosen
(ou Buracos de minhoca)

114. Animação sobre
Buracos de Minhoca

116. Dentro do BN
Singularidade
?

118. Viagem
pelo
universo

120. Viagem
pelo
campo profundo

122. Destino final do
universo

123. Big
Crunch

124. Morte
Térmica

125. Big Rip

126. Fim