La historia del Universo

1. La historia del Universo Claves sobre el pasado, conocimiento actual y predicciones para el futuro Emily Alicea Muñoz FISI 4002 28 de abril de 2003 Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA)

2. Bosquejo (general) Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA) • Introducción • Pasado* • Presente* • Futuro* • Resumen • Referencias • Agradecimientos * Más detalles adelante

3. Bosquejo (detallado) Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA) • Pasado • Lo que creíamos saber • El Universo estático (steady-state); constante cosmológica... • Revoluciones • Hubble y el Universo en expansión • Presente • El Modelo Estándar en Cosmología • Métrica Robertson-Walker, Ecuación de Friedmann, etc… • Big Bang, Inflación, CMB, Fluctuaciones, Estructuras, Geometría... • Observaciones Recientes (sorpresitas inesperadas) • La masa que está pero no se ve… • La expansión que en vez de ir más lento, va más rápido… • Futuro • Resultados nuevos y los que se esperan pronto…

4. Introducción O sea, las cosas no han cambiado mucho…

5. Cómo el ser humano cambia de opinión… El Universo se expande… El Universo es estático y nunca cambia… La Vía Láctea es el Universo… El mundo es plano… El Sol es el centro del Universo…

6. PASADO Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA)

7. Lo que creíamos saber constante cosmológica • Steady-State: El Universo siempre ha existido y siempre existirá… • Hasta Einstein “cayó” en la trampa…

8. Revolución… (siglo 20) Cuando los astrónomos todavía miraban por el telescopio… • Edwin Hubble…

9. Las galaxias se están separando entre sí porque el Universo se expande. Ley de Hubble

10. PRESENTE Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA)

11. El Modelo Estándar • Métrica Robertson-Walker: • Describe un espacio homogéneo e isotrópico

12. El Modelo Estándar • Nos da también la constante de Hubble, pues • Ecuación de Friedmann: • Nos relaciona el factor de escala (a), la curvatura (k) y el “radio” (R0) con la densidad de energía (e)

13. El Modelo Estándar • Ecuación de Fluidos: • Relaciona la densidad de energía con la presión y el factor de escala • Ecuación de Estado: • Presión en función de densidad de energía

14. El Modelo Estándar cerrado plano abierto • Parámetro de Densidad (OMEGA): • Razón entre la densidad de energía • del Universo y la densidad crítica • necesaria para que el Universo • sea plano • Su valor determina la geometría del Universo (más detalles pronto…)

15. El Modelo Estándar

16. El Modelo Estándar • Big Bang – marca el comienzo del tiempo y el espacio. • Ocurrió hace 13.7 billones de años, según las más recientes observaciones • Evidencia observacional en la forma de microondas que permean todo el espacio…

17. El Modelo Estándar • Inflación • Alan Guth, 1979 • Breve periodo de • expansión exponencial • en la historia temprana del Universo • Resuelve el llamado “horizon problem” (regiones fuera de contacto causal comparten las mismas características) • Da lugar a la formación de estructuras

18. El Modelo Estándar caliente caliente caliente frío frío • Cosmic Microwave Background (CMB) • Predicción de la teoría del Big Bang (Alpher, Dicke, Peebles) • Descubierto en 1965 por Arnio Penzias y Robert Wilson • Observado en detalle en 1991 por el satélite Cosmic Background Explorer (COBE) • Blackbody spectrum: 2.73 K • Fluctuaciones • Pequeñas variaciones • en la temperatura • del CMB • Dan lugar a la formación • de estructuras COBE/NASA

19. El Modelo Estándar Primeras Estructuras Primeras Estrellas Primeras Galaxias CMB Ahora NASA/WMAP Science Team (www.gsfc.nasa.gov) • Formación de las primeras estructuras • Surgen de las fluctuaciones del CMB al ocurrir inflación

20. El Modelo Estándar Simulación computarizada de la estructura a gran escala del Universo

21. Observaciones Recientes ¿Cómo #@%&* que no encuentras la masa del Universo? • Curvas de rotación de las galaxias: • Indican que hay más masa en las afueras de la galaxia (en el halo) que en el núcleo • Esta masa no se puede ver (no emite luz)  DARK MATTER (materia oscura)

22. Observaciones Recientes ¿Cómo #@%&* que la expansión está acelerando? • Estudios de supernovas • tipo Ia, cuya luminosidad • es bien conocida y se usan • como estándares de • distancia, revelan que el • Universo se está • expandiendo, pero no sólo • eso, sino que está • acelerando también •  DARK ENERGY • (energía oscura) Supernova 1998ba Supernova Cosmology Project S. Perlmutter, et al, 1998

23. Observaciones Recientes • Estos descubrimientos recientes nos indican que hay muchas cosas en el Universo que no podemos ver: • Dark Mater – mantiene las galaxias unidas a pesar de las altas velocidades de rotación • Dark Energy – causa que la expansión del Universo acelere • ¿Qué pueden ser estas “cosas oscuras”? Nadie sabe todavía…

24. Observaciones Recientes • Posibilidades: • Dark Mater: • WIMPs • MACHOs • Dark Energy: • Vaccum Energy (QFT, ST) • Quizá… L (la constante cosmológica de Einstein)

25. FUTURO Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA)

26. NASA/WMAP Science Team (www.gsfc.nasa.gov) Nuevos resultados... • Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) • Estudios del CMB con mejor precisión que COBE • 11/feb/2003 – 13 papers sometidos al Astrophysical Journal (ver: http://arXiv.org/abs/astro-ph/0302207-09, 13-15, 17, 18, 20, 22-25)

28. “Ok people, here are the numbers: • Cosmology’s solved. Let’s go home.”

29. Nuevos resultados... “Regiones de confianza” UC Berkeley Physics Department & Lawrence Berkeley National Laboratory

30. Nuevos resultados... observado abierto plano cerrado UC Berkeley Physics Department & Lawrence Berkeley National Laboratory

31. Nuevos resultados... Expected results from new surveys SZ SNAP DEEP Average UC Berkeley Physics Department & Lawrence Berkeley National Laboratory

32. Resumen (simple) NASA/WMAP Science Team (www.gsfc.nasa.gov)

33. Resumen(no tan simple)

34. Resumen(un poco más complicado)

35. Referencias • Libros • An Introduction to Modern Astrophysics, Carroll & Ostlie (1996) • Stephen Hawking’s Universe, David Filkin (1997) • The Inflationary Universe, Alan Guth (1997) • Universe, William Kaufmann (1994) • Principles of Physical Cosmology, P.J.E. Peebles (1993) • Introduction to Cosmology, Barbara Ryden (2002) • Revistas • Astronomy (Dec97, Sept99, Aug00, Jun01, Apr-May-Jul-Oct-Dec02) • Physics Today (Apr03) • Internet • WMAP Homepage: http://map.gsfc.nasa.gov/ • Supernova Cosmology Project Homepage: http://www-supernova.lbl.gov/ • Astro-ph Preprint Service: http://arXiv.org/abs/astro-ph/

36. Hubble Deep Field (STScI, HDFT, NASA) Agradecimientos • Erick Roura…por sugerirme el tema ;-) • Miroslav Mićić…por numerosas discusiones acerca de la formación de las primeras estructuras y la evolución de las galaxias, por sugerirme referencias muy útiles, y por muchas cosas más ;-) • Robert Friedman… por hablar de cosmología cuando está borracho, aburrido, estrésico, serio, bromeando, triste, contento… • Saul Perlmutter… por dos horas de conversación acerca de sus projectos: Supernova Cosmology Project (SCP, el de 1998) y Supernova Acceleration Project (SNAP, el nuevo)... • Yaítza Luna…por prestarme la laptop :-) • Ángel Fuentes, Kathy Santana, Angélica Pérez…por apoyo moral y por tener mucha, mucha paciencia :-) • Todo aquél que se me ayudó de alguna forma y no mencioné anteriormente (you know who you are)... • Ustedes por su atención :-)

37. Preguntas??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?