(parte i) · parte ii –semana que vem
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Parte I Cosmo-o-quê?
O Universo;
Histórico;
O Nascimento da Cosmologia Moderna;
O Big Bang;
A Evolução do Universo;
Evidências do Big Bang;
A Radiação Cósmica de Fundo;
Referências Bibliográficas.
Parte II – Semana que vem
Parte III – 31/08
Resumo da aula
Cosmologia (do grego κοσμολογία, κόσμος= "cosmos“ / "ordem“ /"mundo" + -λογία="discurso"/"estudo") é o ramo daastronomia que estuda a origem, estrutura e evoluçãodo Universo a partir da aplicação de métodos científicos. (Ref. [3])
Em outras palavras:
“É o ramo da Ciência que se dispõe a estudar e propor teorias sobre a origem, estrutura e evolução do Universo”
Cosmo-o-quê?
Idade Média → Universo = Sistema Solar;
Tentativas (teóricas) de conferir ordem e
significado ao Universo;
Cosmogonia → Cosmologia => Teologia + Filosofia;
→ mitos de criação (egípcios, chineses,...);
Evolução da ciência → evolução dos instrumentos → teorias maisconcretas;
Histórico
Representação do Universo Medieval (http://physics.weber.edu/schroeder/ua/
ApianCosmology.png)
Fim da ideologia da Terra como um corpo central no Universo;
(1915) – Teoria da Relatividade Geral, por Einstein → nova teoriasobre a gravitação dos corpos;
𝐹𝐺( 𝑖) = 𝑎(− 𝑖) Se o raio de luz sofre deflexão devido a uma forte aceleração → ele
sofrerá deflexão na presença de um campo gravitacional.
Se a luz (não tem massa) sofre essa deflexão → tudo que existe sofreação semelhante.
O Nascimento da Cosmologia Moderna
Curvatura do tempo-espaço
Einstein:
força da gravidade → é uma deformação no tempo-espaço;
Ex: O Sol curva o espaço de tal forma que o único movimento possível paraa Terra é uma órbita elíptica;
Universo → dinâmico (se contrai ou expande?) X para Einstein oUniverso era estático;
Conceitos teóricos;
O Nascimento da Cosmologia Moderna
A gravidade por Einstein: Sol z Terra (http://www.daviddarling.info/images
/spacetime.jpg)
Hubble:
Métodos observacionais e experimentais;
Mediu as distâncias de diversos corpos celestes;
Redshift;
“Quanto mais distante se encontrava a galáxia, maior era o deslocamento de seu espectro para o vermelho (redshift); para o caso de objetos se
aproximando, seu espectro tente ao azul.”
O Nascimento da Cosmologia Moderna
O Redshift(http://astro.if.ufrgs.br/univ/redshift.gi
f)
Hubble:
Conclusão → a maior parte dos objetos observados no céu encontram-se muito distantes da nossa Galáxia;
Através do estudo de outras galáxias → elas estavam se distanciandona nossa → Universo em EXPANSÃO!
O Nascimento da Cosmologia Moderna
Universo em Expansão (http://astro.if.ufrgs.br/univ/balloons.gif)
Exemplo do bolo com passas (http://astro.if.ufrgs.br/univ/balloons.gif)
Fred Hoyle:
Teoria do Universo Estacionário → Universo se expande, mas suadensidade média (nº de galáxias por volume) permanece inalterada;
O Universo foi ontem como vemos hoje e assim será amanhã;
George Gamow:
A partir de cálculos → Universo jovem:
Muito menor, mais quente e extremamente denso;
Composto por subpartículas;
Universo → esfriou até que se formaram os átomos de hidrogênio;
Hoyle:
Abominava a teoria de Gamow por estar relacionada à Física Nucleare, indiretamente, à bomba atômica → pejorativamente chamou-a de BigBang (“grande boom”);
O Nascimento da Cosmologia Moderna
Gamow: elementos se formaram durante esse Big Bang X Hoyle:elementos se formaram no interior da estrelas;
O Nascimento da Cosmologia Moderna
Ambos corretos!
H e He → Big Bang;
Elementos mais pesados → interior das estrelas;
Mas foi Gamow quem forneceu a teoria mais aceitável sobre oUniverso;
O Big Bang
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)
Antes do Big Bang → Universo = diminuto, extremamente denso equente (muito quente!) → sofre constante compressão;
Antes do Big Bang → Universo = diminuto, extremamente denso equente (muito quente!) → sofre constante compressão;
Alta temperatura → caldo caótico de partículas elementares;
EnergiaMatéria;
Criava-se matéria a partir da energia! → expansão violenta (BigBang);
Energia → Partícula;
→ Anti-partícula;
Cada par de partículas opostas, quando colididas, se aniquila;
O Big Bang
Teoria original do Big Bang no Universo → qtde. de partículas =qtde. de antipartículas X não ocorre!
Par partícula-antipartícula → existia por instantes muito pequenosde tempo => não existentes → Falso Vácuo;
Algum processo desconhecido → um dos pares existiu por maistempo → inchamento violento da região → crescimento exponencial=> Era Inflacionária → fim da homogeneidade do espaço;
Homogeneidades na densidade de matéria → aglomerados degaláxias;
Inflação termina na chamada Transição de Fase: crescimentoexponencial → crescimento linear + matéria e antimatéria perdemseu equilíbrio;
O Big Bang
Universo continuou a crescer → diminuição da sua densidade →diminuição da sua temperatura;
Partículas + Antipartículas: aniquilaram-se → enorme quantidadede fótons => Radiação Cósmica de Fundo;
105s: quarks → prótons e nêutrons;
Elétrons → livres → absorviam grande quantidade de fótons →ganham velocidade;
Universo continuava a crescer!
3 min.: sopa primordial havia se resfriado → prótons + nêutrons =núcleos de deutério (H pesado) e He X maioria dos prótonspermaneceu só = núcleos de H;
O Big Bang
𝑫𝒎𝒂𝒕é𝒓𝒊𝒂 ≪ 𝑫𝒓𝒂𝒅𝒊𝒂çã𝒐 X com o crescimento do Universo:
𝑫𝒎𝒂𝒕é𝒓𝒊𝒂 > 𝑫𝒓𝒂𝒅𝒊𝒂çã𝒐 → fim dessa era;
10.000 anos: Era da Matéria X Era das Estrelas (mas ainda nãoexistiam estrelas!)
300.000 anos: Cosmos → grande o suficiente para que suatemperatura tivesse baixado a ponto de permitir que elétrons seunissem aos núcleos → 1ºs átomos;
Elétrons (unidos aos núcleos) → não podem mais absorver todos osfótons X podem absorver apenas comprimentos de ondaespecíficos → grande quantidade de fótons livres;
O Big Bang
O Big Bang
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hef.n
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O que precedeu o caldo de partículaselementares? O que originou esse caldo?
Não se sabe. Considera-se que os conceitos de espaçoe tempo tenham surgido a partir do Big Bang, como são abase dos estudos da Física, não podemos explicar a físicadaquele momento se estes não existiam.
O Big Bang
Nuvens de gás → protoestrelas → estrelas + aglomeradosglobulares;
Estrelas → galáxias;
Núcleo das estrelas → elementos pesados;
Durante a evolução das estrelas → discos planetários → SistemaSolar;
Estruturas rochosas orbitavam estrelas → átomos originarammoléculas cada vez mais complexas → evolução da vida na Terra;
A Evolução do Universo
UNIVERSO ESTÁ EM ETERNA EXPANSÃO! Por que?
Toda a matéria junta presente no Universo, ainda não cheganem perto da densidade necessária para reverter ou parar aexpansão!
A Evolução do Universo
Paradoxo de Olbers (1923) – Idade Finita do Universo: Se oUniverso é infinito e existe desde sempre → qualquer lugar no céuque olharmos deverá haver uma estrela → o céu deveria ser tãobrilhante quanto a superfície de uma estrela X o céu de noite éescuro → tamanho ou idade do Universo deve ser finito; neste casoa idade é finita;
Evidências do Big Bang
Imagem obtida pelo telescópio Hubble mntendo a câmera aberta por 10 dias em uma região aparentemente sem estrelas no céu(http://astro.if.ufrgs.br/univ/HDFS.JPG)
Redshift: Os espectros de galáxias distantes são deslocados paracomprimentos de onda maiores, ou seja, os comprimentos de ondasão esticados pela expansão do Universo. A luz das galáxiasdistantes leva mais tempo para chegar até nós → vemos os objetoscom redshifts altos, como eles eram no passo, quando a idade doUniverso era menor;
Evidências do Big Bang
O Redshift(http://astro.if.ufrgs.br/univ/redshift.gi
f)
Lei de Hubble: Hubble observou a expansão do Universo e criouuma lei que nos fornecesse a distância de uma galáxia;
Radiação Cósmica de Fundo: Prova de que ocorreu umacombinação do par partícula-antipartícula;
Evidências do Big Bang
Da época da formação dos átomos: par matéria-antimatéria seaniquilava → produção de fótons → constantemente absorvidospelos elétrons livres X durante a formação dos átomos → elétrons +núcleos → elétrons absorviam apenas comprimentos de ondaespecíficos;
Descoberta por Penzia & Wilson (1965) e explicada por Burke,Dicke e Peebles;
Estudada pelos satélites COBE, WMAP e Planck.
A Radiação Cósmica de Fundo
Mapas de Temperatura da Radiação de Fundo do céu:
A Radiação Cósmica de Fundo
COBE WMAP
-Extremamente homogênea:Azul 0KVermelho 4K
-Numa escala mais fina:Azul 2.721KVermelho 2.729K→ aparece o momento dipolo devido ao movimento do Sol;
Mapas de Temperatura da Radiação de Fundo do céu:
A Radiação Cósmica de Fundo
COBE WMAP
O Sol está se movimentando nesta direção em relação ao referencial da radiação
cósmica → efeito Doppler: detectamos a radiação com comprimentos de onda mais
curtos → medimos uma temperatura da radiação mais alta
O Sol está indo pra direção oposta desta direção → comprimentos de
onda mais compridos → temperatura mais baixa
Mapas de Temperatura da Radiação de Fundo do céu:
A Radiação Cósmica de Fundo
COBE WMAP
-Extremamente homogênea:Azul 0KVermelho 4K
-Numa escala mais fina:Azul 2.721KVermelho 2.729K→ aparece o momento dipolo devido ao movimento do Sol;
-S/ movimento do Sol:Regiões azuis são 0.0002K mais frias que as vermelhas- Via Láctea no meio.
Retirando-se a interferência da Via Láctea – mapa da densidade damatéria visível do Universo 380.000 anos após o Big Bang;
A Radiação Cósmica de Fundo
Telescópio Espacial Hubble: imagens de uma galáxia em formação não muito após o Big Bang!
Nome: A1689-zD1;
Formação: Dark Ages – período
no jovem Universo quando as
primeiras estrelas e galáxias
estavam nascendo, durou de400.000 a cerca de um bilhão deanos após o Big Bang.
Astrônomos acreditam que foi
uma das responsáveis por colocar
fim às dark ages.
Curiosidades #1 (Ref. [6])
Imagens da Galáxia A1689-zD1 (http://www.spacetelescope.org/static/archives/images/screen/heic0805a.jpg)
Curiosidades #1 (Ref. [6])
Mapeamento do Big Bang e a Galáxia encontrada por Hubble (http://spacespin.org/images/articles/80220-hubble-spitzer-galaxy-distance_4.jpg)
Illustração da aparência da Galáxia (http://spacespin.org/images/articles/80220-hubble-spitzer-galaxy-distance_3.jpg)
[1] DAMINELI, Augusto & STEINER, João. O Fascínio do Universo. Editora Odysseus. Edição 1. Ano 2010.
[2] CHERMAN, Alexandre. Cosmos-O-Quê?. Editora Fundação Planetário. Ano 2000.
[3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Cosmologia. Acessado em 11.08.13. Acessado em 10.08.13.
[4] http://astro.if.ufrgs.br/univ/. Acessado em 10.08.13.
[5] WESTERA, Pieter. Cosmologia – Ensino de Astronomia no Grande ABC. 2012.
[6] http://www.spacetelescope.org/images/heic0805a/. Acessado em 15.08.13.
Referências