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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

20

Radiação cósmica de fundo (~ 300 mil anos após o Big Bang)

21

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

22

Pequeníssimas diferenças de temperatura na radiação cósmica de fundo

23

Cosmologia com o WMAP

24

•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)

27

Redshift (desvio para o vermelho): as galáxias estão se afastando

28

v = H0 d

A velocidade

v de afastamento entre as galáxias é maior quanto maior a

distância d entre elas

29

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

31

Qual a idade do universo?

v = distância / tempo

tempo = d/v = 1/H0

Idade do universo: 1/H0

Qual o futuro do Universo?

32

Big Crunch (densidade >

densidade crítica)

Expansão (= densidade

crítica)

Expansão (densidade <

densidade crítica)

Expansão acelerada (energia escura)

Futuro do Universo: expansão acelerada

33

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

34

Dark energy: Nobel Prize in Physics 2011

35

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

40

41

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