A idade do universo
GRUPO SPUTNIK
Alexandre Bagdonas Henrique
Bruno L´Astrorina
Gabriel Barrros
Osvaldo Souza
Tassiana Carvalho
Aula 1
Alex:
Apresentar Documentário da BBC sobre “O que é
cosmologia?”
Discutir diferenças entre cosmologia e astronomia.
Bruno/ Gabriel:
Apresentar vídeos sobre Escalas no Universo.
Por que estudar cosmologia?
Tassi:
Explicar algumas informações que podem ser obtidas a partir
da luz dos corpos celestes.
Desenvolver atividade prática sobre espectros utilizando um
CD
O que é cosmologia?
Lost Horizons, Big Bang:
Introdução
Fonte: BBC, (Al-Khalili, 2008)
As questões fundamentais
Quase todos os povos tentaram responder:
O que é o homem?
O que é o universo? Qual o lugar do homem no universo?
De onde
tudo surgiu?
Tradução de Science Cartoons de S. Harris.
De onde
tudo surgiu?
O universo foi criado por um ser
inteligente?
Existe um sentido para a vida ou
para o universo?
Por que o universo existe?
Por que algo deve existir?
Por que as coisas são como são?
De onde surgiu o universo?
Ele vai existir para sempre?
O que é cosmologia?
Cosmologia é ciência?
Cosmologia é filosofia?
Cosmologia é religião?
Cosmologia e astronomia
A figura foi retirada da palestra “Cosmologia”, de Wilton Dias,
ministrada no Observatório do CDCC-USP
Fonte: GREF,Mecânica 4
O BIG
BANG
Escalas
do
universo
Escala de tamanhos de estrelas:
http://www.youtube.com/watch?v=-7cVzkupot8
Escala de distâncias:
http://www.youtube.com/watch?v=UhJh5EgYt7M
Animação interativa:
http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/
Astronomia
Terra
Planetas
Cosmologia
Lua
Estrelas
Cometas
Meio interestelar
Galáxias
Estudo do
universo
como um todo
O que é o universo?
O que é o universo para você?
Podem existir vários universos?
Fonte: GREF, Mecânica 4
Cosmicômicas, (Calvino N)
Por que estudar cosmologia?
-Mercado de trabalho?
-Vestibular?
-Útil na vida cotidiana?
-Formar cidadão críticos e
participativos numa
sociedade democrática?
Por que estudar cosmologia?
-Entender notícias e matérias de
divulgação científica
-Cosmologia é cultura
-Cosmologia é multidisciplinar
-Formação de uma visão de
mundo científica
-Cosmologia é legal!
A emissão de radiação
• Gás monoatômico + descargas elétricas
• Colisões de elétrons: aumento da energia dos
átomos
átomo excitado
• Ao voltar ao estado fundamental há emissão
de radiação eletromagnética.
Retirado de Física Conceitual – Paul G. Hewitt (2002)
Radiação / Espectro
• Espectro contínuo X Espectro discreto
• A radiação eletromagnética emitida por
átomos livres está concentrada em um
conjunto de comprimentos de onda discretos:
LINHAS ESPECTRAIS
• Espectros emitidos por diferentes tipos de
átomos mostra que cada tipo tem seu
espectro característico próprio
Observando o espectro
• Fundamentalmente, a radiação deve ser
colimada por uma fenda
prisma (rede de
difração
anteparo
Retirado de
Física Quântica - Robert Eisberg e Robert Resnick (1979)
Física Conceitual – Paul G. Hewitt (2002)
Alguns espectros de emissão
• Conjuntos característicos de comprimentos de
onda nos quais as linhas dos espectros são
encontradas:
Retirado de Física Conceitual – Paul G. Hewitt (2002)
Espectro de absorção
• Presença de linhas escuras no “espectro
contínuo” da luz branca
• Linhas escuras = LINHAS DE ABSORÇÃO
• Para cada linha do espectro de absorção há
uma linha correspondente no espectro de
emissão. O inverso não é verdade
Obtendo espectro de absorção
http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/usrn/lentiscal/1-cdquimica-tic/HotPotatoesQ/EstructuraAtomica/estructuratom-jbc.htm
Espectro do Hidrogênio
• É o átomo mais simples, com apenas 1 elétron.
• A maior parte do Universo consiste de átomos
de hidrogênios isolados
Retirado de
Física Quântica - Robert Eisberg e Robert Resnick (1979)
Linhas do Hidrogênio
• O espaçamento entre as linhas do espectro
vão diminuindo a medida que o comprimento
de onda diminui
• Converge para o limite da série em 3645,6Å
• Linhas com comprimentos de onda menor são
difíceis de serem observadas
experimentalmente (pequeno espaçamento e
região do ultravioleta)
Séries do Hidrogênio
• Busca por uma fórmula empírica para obter os
comprimentos de onda das linhas.
• Balmer (1885)
n2
  3646 2
n 4
n=3
n=4
n=5
Hα
Hβ
Hγ
(em Å)
Espectro de estrelas
• Ao observar a luz de uma estrela, por um
espectroscópio, observa-se um espectro
contínuo com linhas de absorção.
• Essas linhas revelam os elementos químicos
das camadas superficiais da estrela
A descoberta do Hélio
• As linhas observadas das estrelas revelam que
elas possuem uma atmosfera de gases mais frios
que absorvem algumas frequências do espectro.
• A maior parte dos elementos que existem nas
estrelas existiam na Terra.
• Em 1868 novas linhas chamaram a atenção para
um elemento desconhecido na Terra.
• O novo elemento foi chamado de hélio (He), em
homenagem a Hélios, o Sol em grego.
Espectros das estrelas: classificação de
temperatura
http://astro.if.ufrgs.br/rad/espec/espec.htm
http://astro.if.ufrgs.br/rad/espec/espec.htm
Espectros de Galáxias
• Como medir?
A figura foi retirada de Braz Júnior 2002 p.
86
Galáxia M77
Aula 2
Alex:
Aula expositiva sobre Hubble e a descoberta da expansão do
universo
Tassi:
Apresentar o documentário sobre redshift e efeito Doppler (5
min)
Análise do documentário comparando ondas sonoras e
luminosas
Oz:
Mostrar como estimar a idade do universo a partir dos dados
de Hubble
Aula 3: Hubble e a expansão do universo
BBC: Lost Horizons, Hubble
A lei de Hubble
[no eixo y vemos] velocidades radiais, corrigidas pelo movimento
solar e no eixo x as distâncias das galáxias estimadas a partir das
luminosidades médias das nebulosas no aglomerado
(Hubble 1929, p. 172)
v radial  H0d
Hubble a expansão do universo
Não aceitou a ideia de um universo em
expansão
Em uma carta a De Sitter em 1931,
escreveu que ele e seu colaborador
Milton Humason sentiam
"que a interpretação (dos redshift das
galáxias) deve ser deixada para você e
os outros poucos que são
suficientemente competentes para
discutir esta questão com autoridade"
Edwin Hubble
(1889-1953)
(Hubble 1931 apud Kragh & Smith 2003,
p. 152).
Dados de Hubble
v radial  H0d
Como sabemos os valores de V e d?
Desvio espectral
A figura foi retirada de Braz Júnior
2002 p. 86
o  e
z
e
Astrônomo Mirim
Descobrindo os elementos químicos presentes no Sol
Objeto de aprendizagem do Portal do Professor
A figura foi retirada de Braz Júnior
2002 p. 86
Aula 4: Efeito Doppler
BBC: Lost Horizons: Redshift
Efeito Doppler
A figura foi retirada de Braz Júnior
2002 p. 85
Aula 3
Oz/ Gabriel:
Discutir os resultados obtidos na aula anterior.
Alex
Relacionar com o problema da idade do universo,
comentando sobre possíveis soluções
Quando
olhamos
para
O BIG BANG
o céu vemos o passado
Quando olhamos para o céu
vemos o passado
2 milhões de anos luz
BIG BANG
O universo Otem
bilhões de anos
Fonte: Fagundes 2002
A lei de Hubble
[no eixo y vemos] velocidades radiais, corrigidas pelo movimento
solar e no eixo x as distâncias das galáxias estimadas a partir das
luminosidades médias das nebulosas no aglomerado
(Hubble 1929, p. 172)
v radial  H0d
BIGidade
BANG do universo
O problema Oda
Supondo v constante:
O BIG BANG
Os dados
de Hubble
H0=454 km/s. Mpc
1/ H = 2,1 bilhões de anos
Por que isso é um problema?
BIGidade
BANG do universo
O problema Oda
Como poderia o universo ter menos que dois bilhões de
anos se ele contém rochas de 3 bilhões de anos?
Esta discrepância incomodou os que propuseram modelos
de universo em expansão por várias décadas, desde o
trabalho original de Hubble até a década de 1950.
Uma possibilidade foi sugerida por Lemaître, que introduziu
a constante cosmológica, originalmente utilizada por
Einstein para construir um universo estático.
A presença dessa força faria o universo
expandir com uma velocidade cada vez
maior e mudaria o valor estimado para a
idade do universo (Gamow 1952, p. 29).
BIGidade
BANG do universo
O problema Oda
Friedman:
modelos matemáticos
Eddington:
universo eterno
Hubble:
Postura cautelosa
Uma redeterminação da constante de Hubble poderia
provavelmente ser realizada, aumentando a precisão.
Medidas da velocidade de recessão de nebulosas
suficientemente distantes, para que sejam pouco
influenciadas pelas velocidades aleatórias, seria
particularmente valioso (Bondi 1952, p. 165).
Aula 4
Oz/ Gabriel
Estimar a idade do universo com dados contemporâneos.
Discutir os resultados
Alex
Mostrar soluções atuais para o problema da idade do
universo.
Medidas
posteriores
O BIG BANG
da constante de Hubble
• 1952: Walter Baade, astrônomo alemão
• Mudanças na forma de medir distâncias
• T~ 3,6 bilhões de anos
Enfraquecimento “psicológico”
da teoria do Estado Estacionário
ODesafio
BIG BANG
Dados de 1995: H0=85 km/s
Dados de 1998, H0=59 km/s. Mpc
•Estime a idade do universo a partir destes dados
•Compare com o valor atribuído por obras de divulgação científica
para esse valor (Idade do universo ~ 13,7 bilhões de anos)
•Interprete os valores obtidos explicando as diferenças entre eles.
Nós estamos em expansão?
“Se o universo inteiro está
expandindo, então porque
você está surpresa com o
nosso afastamento?”
1. As distâncias entre as
pessoas estão realmente
aumentando? Por quê?
2. Qual seria a analogia mais adequada sobre a expansão do universo
levando em conta a resposta da questão 1?
A do balão com pontos desenhados ou a da granada?
E se substituirmos os pontos desenhados por discos de papel?
Fonte: Science Cartoons de S. Harris.
O BIG BANG
A revolução
copernicana
Estamos no centro do universo?
BANGuma bexiga
O universoO BIG
como
-Bexiga inflando representa
o afastamento das galáxias
-O centro do universo está
fora do modelo
-Diferença entre movimento
próprio e velocidade de
recessão
Imagem: Exercícios sobre Cosmologia da
ESA: Astroex
Movimento próprio
O BIG BANG
e velocidade de recessão
Efeito Doppler: movimento próprio no espaço
Redshift cosmológico: velocidade de recessão causada pelo movimento do espaço
Fonte: Efeito Doppler :Cool cosmos
Redshift cosmológico: Astronomy Ohio
Universo bidimensional
Como uma bexiga inflando
Fonte: Big Bang para principiantes
Animação:
http://www.cnrt.scsu.edu/~dms/cosmology/2D_hubble_law.html