Cosmologia
Horacio Dottori
IF-UFRGS
2007
• Qual é a sua idéia de
Universo?
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
3
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!
4
Renascimento
• Nasce a ciência moderna
– Método científico
• Galileo
– Observações modernas
• Tycho, Galileo
– análisis
• Kepler, Galileo, Newton
 Newtonian
cosmology
5
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
6
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.
7
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
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.
15
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
f  L / 4R 2
Distâncias
• O avermelhamento
Condições impóstas pela
da luz é a maneira
Radiação cósmica de fundo
mais fácil de medir a
distância. A
interpretação é a
2
4
distância num dado
L  4R Temis
tempo cósmico.
Tobs  Temis /(1  z )
• Outra forma é o
looking back time.
• Dlbt = c(to-temis)
DL  D A (1  z )
2
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.
G.M ( R )
v 
R
• 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.
4GM
E 
2
dc
2
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%
D
O
U
N
I
V
E
R
S
O
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!