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O Universo Origem e evolução
Prof. Jorge Meléndez Departamento de Astronomia, IAG/USP AGA 0205 – Elementos de Astronomia 2012-B
As galáxias estão
se separando
umas das outras
Expansão do Universo: as galáxias estão se sepando umas das outras
Em 1929 , Edwin
Hubble mostrou
que o Universo está
em expansão
Expansão do Universo
O Big Bang marcou o inicio
da expansão e resfriamento
do Universo
Resfriamento do universo
devido à expansão
Fases da
água
Evolução de nosso universo Planck era < 10-43 s
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
Evolução de nosso universo GUT era: 10-43 - 10-35 s
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
10
GUT era: 10-43 - 10-35 s Grand Unified Theory
Forç
a e
lect
rom
agn
étic
a
Forç
a n
ucl
ear
FO
RTE
Forç
a n
ucl
ear
FR
AC
A
Evolução de nosso universo Electroweak era: 10-35 - 10-10 s
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
12
Era electrodébil: 10-35 - 10-10 s
Evolução de nosso universo Era das partículas: 10-10 0,001 s
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
14
Férmions Bósons
Qu
arks
Formação de prótons e nêutrons a partir de quarks
15
Evolução de nosso universo Primeiros 3 minutos: H, He, Li
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
Formação de
elementos nos 3
minutos após o Big
Bang
17
18
Spite & Spite (1982)
Lítio primordial em estrelas pobres em metais !
Wavelength (A)
Re
lati
ve F
lux
Asplund & Melendez (2008). Estrela com [Fe/H] = -3 (mil vezes menos metais que no Sol)
Evolução de nosso universo Era dos núcleons: 3 min – 300 mil anos
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
Fótons não podiam viajar livremente na era das núcleons
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Radiação cósmica de fundo (~ 300 mil anos após o Big Bang)
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In 1965 Arno Penzias and Robert Wilson, two physicists working at Bell Laboratories in New Jersey, were calibrating a sensitive microwave antenna designed for satellite communications. Much to their chagrin, they kept finding unexpected “noise” in every measurement they made with the antenna. The noise was the same no matter where they pointed their antenna, indicating that it came from all directions in the sky and ruling out the possibility that it came from any particular astronomical object or from any place on Earth.
Radiação cósmica de fundo (~ 300 mil anos após o Big Bang)
corpo negro a 2,7 K
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Pequeníssimas diferenças de temperatura na radiação cósmica de fundo
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Cosmologia com o WMAP
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•Idade do universo: 13,7 ± 0,2 bilhões de anos. •O universo é composto por cerca de 4% de matéria ordinária, 23% de matéria escura e de cerca de 73% de energia escura. •A Constante de Hubble é (71 ± 4) km/s/Mpc
Evolução de nosso universo Era dos átomos: 300 mil anos – 1 bilhão anos
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
Evolução de nosso universo Era dos galáxias: 1 bilhão anos - presente
Big Bang
tem
po
13,7 billion years
Devido à expansão do universo as galáxias estão se afastando entre elas (sem um centro de expansão)
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Redshift (desvio para o vermelho): as galáxias estão se afastando
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v = H0 d
A velocidade
v de afastamento entre as galáxias é maior quanto maior a
distância d entre elas
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Lei de Hubble:
v = H0 d
30
Lei de Hubble:
Exemplo: Estimar a distância a uma galáxia com velocidade v = 22,000 km/s.
v = H0 d
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Qual a idade do universo?
v = distância / tempo
tempo = d/v = 1/H0
Idade do universo: 1/H0
Qual o futuro do Universo?
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Big Crunch (densidade >
densidade crítica)
Expansão (= densidade
crítica)
Expansão (densidade <
densidade crítica)
Expansão acelerada (energia escura)
Futuro do Universo: expansão acelerada
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Dis
tân
cia
entr
e ga
láxi
as
Tempo (bilhões de anos)
SN tipo Ia
Composição do universo • 22% matéria escura
• 4% matéria “normal”
• 74% energia escura
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Dark energy: Nobel Prize in Physics 2011
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Brian P. Schmidt, Mount Stromlo Observatory,
Austrália
Adam Riess Saul Perlmutter
From my office (Mount Stromlo, Canberra)
36
2006 © Jorge
Austrália
37 Próximo do observatório
Próximo de Canberra
Austrália
38 2006 © Jorge
Tasmania
Caltech Nobel Prizes
• 31 recipients, 32 Nobel prizes
• Very small institution <<< USP
• 294 professorial faculty, 978 undergrad, 1253 grad
• 1 in every 1500 people gets a Nobel prize at Caltech (needs to be checked)
• ASTRONOMY: 26 faculty + 5 emeritus
• Operates the Palomar observatory (5m telescope, the largest in the world for several decades)
• Keck observatory, largest telescopes (2 x 10m)
• Access to few months/year at 2 x 10m telescopes
Keck observatory (2 x 10m) in Hawaii
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Hawaii, voltando de observar …
USP : ZERO Nobel prizes Brazil: ZERO Nobel prizes
• Huge institution
• 5 732 faculty, 56 998 undergrad, 25 591 graduate
• <<< 1/106 people gets a Nobel prize at USP
• Largest astronomy department in Brazil
• ASTRONOMY: 33 faculty + 2 retired with contract
• Operates the Valinhos observatory ( ~ 20-30 cm)
• Access to a few nights/year with Gemini (8m) – in competition with all Brazilian community