Cosmologia

Question 1

Cálculo da idade do universo

Answer 1

A partir do cálculo do redshift cosmológico de galáxias
> tempo que galáxias distantes com velocidade v levaram para chegar ao ponto em que estão

• Cálculo
  
  • equação da velocidade: to = d/v
  • lei de Hubble: v = Ho d
  > to = 1 / Ho ———-> to = 13,8 bilhões de anos!
  (com Ho = 71 km/s/Mpc)

Question 2

Expansão do Universo e Lei de Hubble

Answer 2

LEI DE HUBBLE:
Interpretando os redshifts como devido ao efeito Doppler gerado por um movimento de afastamento das galáxias, Hubble calculou as velocidades de afastamento (v = c.z)
&raquo_space; v = Ho d

EXPANSÃO DO UNIVERSO:
- Modelo do bolo de passas
- não tem um centro, e não tem bordas
- expansão do Universo é uma expansão do próprio espaço
- A expansão do espaço não afeta o tamanho dos objetos que estão nele: galáxias, estrelas, planetas, etc,
mantêm o seu tamanho inalterado, porque a gravidade que os mantém é muito mais forte do que a expansão

Question 3

Universo Observável

Answer 3

A idade do Universo, aliada à velocidade da luz, limitam a porção do Universo que podemos ver. O raio do Universo observável é igual à distância que a luz percorre em um intervalo de tempo idêntico à idade do Universo. (13,8 bilhões de anos)

Question 4

Paradoxo de Olbers - O enigma da escuridão da noite

Answer 4

• Kepler
• se o Universo fosse infinito e invariável não poderia ser escuro à noite
• Solução:
  o Universo tem uma idade finita e a luz tem umavelocidade finita, a luz das estrelas mais distantes ainda não teve tempo de chegar até nós
  > PROVA DE QUE O UNIVERSO TEVE UM INÍCIO

Question 5

Princípio Cosmológico

Answer 5

PRINCÍPIO COSMOLÓGICO:
- Universo:
> HOMOGÊNEO (mesma densidade em todo lugar)
> ISOTRÓPICO (mesma aparência em qualquer direção)

Question 6

Big bang

Answer 6

início —- > extremamente QUENTE, DENSO e OPACO (em um espaço infinitamente pequeno)
- colisões de fótons –> produção de pares de partícula e antipartícula –> se aniquilavam imediatamente –> convertendo em energia novamente

Expansão –> esfriamento
> desacoplamento de radiação e matéria

Nucleossíntese Primordial (primeiros 3 minutos)&raquo_space; formação de hidrogênio, deutério, hélio, e uma pequena
quantidade de lítio (os outros elementros seriam formados apenas nos interiores das estrelas)

após 380.000 anos -> T = 3 000K -> universo transparente > Época da Recombinação (formação dos primeiros átomos estáveis)

elétrons presos aos átomos –> fótons de propagam livremente no espaço&raquo_space; Origem da Radiação Cósmica de Fundo

Question 7

Nuclessíntese Primordial x Época da Recombinação

Answer 7

Nucleossíntese Primordial (primeiros 3 minutos)&raquo_space; formação de hidrogênio, deutério, hélio, e uma pequena
quantidade de lítio (os outros elementros seriam formados apenas nos interiores das estrelas)

após 380.000 anos -> T = 3 000K -> universo transparente > Época da Recombinação (formação dos primeiros átomos estáveis)

Question 8

Radiação cósmica de fundo

Answer 8

elétrons presos aos átomos –> fótons de propagam livremente no espaço&raquo_space; Origem da Radiação Cósmica de Fundo

• principal evidência para o BIG BANG
• pequenas flutuações na temperatura > causaram as aglomerações de matéria no Universo jovem, que acabaram por dar origem às estrelas e galáxias.
• permeia a todo o Universo e chega até nós de todas as direções
• faixa de micro-ondas
• corresponde à radiação de um corpo negro com temperatura de 2,7 K

Question 9

Principais evidências observacionais do modelo do Big Bang

Answer 9

• Radiação cósmica de fundo em microondas
• afastamento das galáxias
• abundância de elementos leves

Question 10

Destino do universo

Answer 10

DENSIDADE CRÍTICA > O valor da densidade que estabelece o limite entre expansão eterna e recolapso
> rho_c = [ 3Ho²] / [8 pi G]

• rho baixa -> expansão para sempre
• rho alta -> expansão vai parar um dia e o universo começará a contrair

Question 11

Universo PLANO

Question 12

Constituição do universo

resultados atuais das observações da radiação de fundo do Universo

Answer 12

• matéria normal = 5%
• matéria escura = 25%
• energia escura = 70%

rho_universo = matéria normal + matéria escura + energia escura ~= rho_c para universo plano

Question 13

Energia escura

Answer 13

• provoca a repulsão da matéria
• constante cosmológic de Einstein
  &raquo_space; causa a EXPANSÃO ACELERADA
• escura > não emite radiação eletromagnética, então não pode ser detectada em nenhuma faixa do espectro eletromagnético.

Question 14

Cálculo da densidade crítica (rho_c)

Answer 14

• Velocidade de escape
  > v_e = √ (2GM)/d
• Massa do universo com rho = rho_c:
  > M = rho_c (4/3) pi d³
• lei de Hubble
  > v = Ho d

> Ho d = √ (2GM)/d

> > rho_c = [3Ho²] / [ 8 pi G]