Unidade 1

Arquitetura do Universo

Nascimento e Estrutura do Universo

s

O Big Bang

O Universo tem uma história!

Uma história com cerca de 15 mil milhões de anos.

Começou com o Big Bang, não tendo parado de se expandir até então.

E antes do Big Bang?

.

Não faz sentido

perguntar. Porque o

tempo e o espaço só

foram “criados” com

o Big Bang

O universo expandia-se e arrefecia, a matéria foi-se organizando em estruturas cada vez mais complexas.

Durante os primeiros segundos formaram-se os dois elementos mais abundantes no Universo: Hidrogénio e Hélio

Só um milhão de anos mais tarde se formam as primeiras estrelas. Algumas delas já nem sequer brilham.

As estrelas também nascem, vivem e morrem.

Estes ciclos foram responsáveis por gerarem a maioria dos elementos químicos que constituem o Universo.

A figura resume a evolução do universo desde o Big-Bang até à atualidade

Hidrogénio

Hélio

No início o Universo estava muito quente. A radiação existente permitiu a formação de partículas elementares: Quarks, Eletrões, Neutrinos. A energia deu lugar à matéria.

Cerca de 1µs após o Big Bang, os quarks juntaram-se para formar protões e neutrões.

Quando o Universo tinha aproximadamente 3 minutos, formam-se os primeiros núcleos atómicos por junção de protões e neutrões (através de reações nucleares).

Ao fim 300 000 anos, formaram-se os átomos: os protões juntaram-se aos eletrões, que até aí andavam “livres”

Ao fim de 1 milhão de anos, os átomos uniram-se por ação da força da gravidade para formar estrelas (locais onde novas reações nucleares acontecem e continuam a acontecer).

História do Universo

O Modelo do Big Bang assenta basicamente

em 3 pilares:

- Princípio Cosmológico; - Teoria da Relatividade Geral; - Descrição do conteúdo do universo como um gás perfeito.

Princípio cosmológico - “Visto de uma escala suficientemente grande, as propriedades do Universo são as mesmas para todos os observadores” A parte do Universo que podemos ver é uma amostra representativa do Universo. As mesmas leis físicas aplicam-se em todos os lugares.

Gás ideal - É um gás teórico composto de um conjunto de partículas pontuais movendo-se aleatoriamente e não interagindo.

Teoria da relatividade geral - é a generalização da Teoria da gravitação de Newton, publicada em 1915 por Albert Einstein. A nova teoria leva em consideração as ideias descobertas na Relatividade restrita sobre o espaço e o tempo e propõe a generalização do princípio da relatividade do movimento para sistemas que incluam campos gravitacionais. Esta generalização tem implicações profundas no nosso conhecimento do espaço-tempo, levando, entre outras conclusões, à de que a matéria (energia) curva o espaço e o tempo à sua volta.

O que comprova a teoria do Big Bang?

Afastamento das galáxias

Radiação de fundo de microondas

Proporção dos átomos existentes

Três grandes provas são…

1. O afastamento das galáxias

Apesar da força atrativa entre as galáxias elas

continuam a afastar-se entre si.

O universo está em expansão.

Penzias e Wilson – Nobel da Física –1978

Relaciona-se com a diferença de energia entre os eletrões separados e os eletrões ligados ao núcleo nos átomos de Hidrogénio.

Radiação de fundo é igual para

onde quer que se olhe.

2. A Radiação Cósmica de Fundo é uma forma de radiação eletromagnética e uma evidência muito grande da teoria do big bang, tal radiação possui um espectro de corpo negro e é uma grande prova de que o universo no passado era muito mais denso e quente do que é hoje. Foi prevista por George Gamov, Ralph Alpher e Robert Herman em 1948 e descoberta em 1965, por Arno Penzias e Robert Wilson.

A radiação cósmica de fundo foi produzida quando o universo tinha cerca de 380 mil anos de idade, resfriou-se por causa da expansão e hoje a sua temperatura é de 2,725 K. A evolução posterior do universo não afetou as propriedades da radiação, de forma que ela nos permite uma grande oportunidade de estudar as condições físicas do universo tempos após sua génese.

Teorias para a evolução do universo?

Hidrogénio 92% Hélio 7% Outros 1%

3. A proporção dos átomos existentes. Composição do universo em número de átomos

Hidrogénio 75% Hélio 23% Outros 2%

Composição do universo em massa

3 quartos de Hidrogénio para um

quarto de Hélio

Será que o Universo vai acabar?

Será que vai continuar a expandir-se?

Teorias para a evolução do universo?

O nosso conhecimento do Universo tem vindo a aumentar?

Lua 20 de Julho

1969

SABEMOS QUE:

O astro mais próximo de nós é a Lua.

O luar (luz do Sol refletida na Lua) demora cerca de um segundo a viajar até à Terra.

SABEMOS QUE: as estrelas são verdadeiras fábricas de átomos, que resultam de reações nucleares, nas quais protões, neutrões e núcleos

atómicos se combinam para formar outros núcleos.

O Sol emite luz visível mas também

luz que não é captada pelo olho

humano. Ex: ondas rádio,

microondas, raios IV, raios UV, raios

X, raios ɣ

Instrumentos e técnicas utilizadas para conhecer o universo mais distante

Luneta astronómica de

Galileu finais séc. VII

Telescópios

Telescópio Hubble em

órbita desde 1990 Telescópio

Radiotelescópio deteta e amplia as

ondas de radio oriundas do universo

Sputnik 1º satélite em órbita

4 /10/1957, soviéticos

Telstar - satélite pioneiro nas

transmissões televisíveis em

direto entre europa e EUA

Sonda Mir

Estação espacial

ISS

Nave Mariner X

Very Large Telescope

Sonda Galileu

Space Shuttle

1986 Chegada sonda Voyager 2 a

urano

Robot Sojorner

Instrumentos e técnicas utilizadas para conhecer o universo mais distante

Instrumentos e técnicas utilizadas para conhecer o universo mais distante

Cobe Voyager

Pioneer

Deep space1 Rosetta

Primeiro Satélite Português 1993

Estação Espacial Internacional

Os cientistas aprenderam a analisar a radiação vinda das estrelas e de outros corpos celestes utilizando a espetroscopia

Os elementos que se formam nas estrelas são os mesmos em todo o universo.

Implicitamente falámos de grandezas.

Quais?

Grandeza Unidade SI

Temperatura (T) Kelvin - K

Tempo (t) Segundo - s

Distância (d) Metro - m

Temperatura

Tk= TC + 273,15

TF= TC x (9/5) + 32

Tempo

Em Astronomia esta grandeza é normalmente expressa em anos.

•O Sol nasceu há cerca de 4500 milhões de anos;

•A luz que a Estrela Polar emite demora 431 anos a chegar à Terra.

•O Sistema Solar demora cerca 250 milhões de anos a dar uma volta em torno do centro da Via Láctea.

Distâncias maiores

Parsec

1 UA = 1,5 x 108 km

Comprimento

1 ano tem 365.25 dias, 1 dia tem 24 horas e 1 hora tem 3600 segundos.

1 s ------------ 300 000 km

31 557 600 s ------- X

X = 9,47 x 1012 km

Um ano - luz (a. l.) é uma unidade de distância. É a distância que a luz percorre num ano. A luz move-se com uma velocidade de cerca de 300.000 quilómetros (km) por segundo. Assim, num ano, ela pode viajar cerca de 10 triliões de km. Mais precisamente, um ano-luz é igual a 9.500.000.000.000 quilómetros.

PARSEC (pc)‏ - equivale à distância de um objeto cuja paralaxe anual média vale um segundo de arco (1").

1pc = 3,3 al = 30,80 x 1012 km

Exemplo:

8 pc = 26,4 al

1pc -------3,3 al

8pc ------- x

X= 8 x 3,3 = 26,4 al

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Algumas unidades de comprimento