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A expansão do Universo. e suas conseqüências cosmológicas. Ronaldo E. De Souza Depto. Astronomia, IAG/USP. As escalas do Universo. Como podemos ter uma percepção das distâncias astronômicas em termos da nossa experiência diária? Unidade astronômica !? Ano-luz !? Parsec !? Mega Parsec !?.

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Presentation Transcript
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A expansão do Universo

e suas conseqüências cosmológicas

Ronaldo E. De Souza

Depto. Astronomia, IAG/USP

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As escalas do Universo

Como podemos ter uma percepção das distâncias astronômicas em termos da nossa experiência diária?

Unidade astronômica !?

Ano-luz !?

Parsec !?

Mega Parsec !?

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A unidade astronômica

A unidade astronômia (UA) representa a distância média da Terra ao Sol em sua órbita anual e é a base de medida de todas as distâncias astronômicas.

1 UA = 149 597 800 km

1UA = 499 segundos-luz

= 8.3 minutos-luz

C = velocidade da luz

= 300 000 km/s

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Distâncias no sistema solar

Plutão está a uma distância igual a 5 horas-luz do Sol.

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Paralaxe e Parsec

A paralaxe é a variação aparente na posição dos objetos próximos devido ao nosso movimento anual em torno do Sol.

1 parsec é a distância em que uma estrela deve se encontrar para que a sua posição aparente varie de 1 segundo de arco durante 1 ano.

1 segundo de arco=1/3600 grau corresponde ao ângulo sob o qual vemos um objeto de 1 cm de dimensão a uma distância de 2 kilômetros.

1 parsec= 206 264 UA

= 3.3 anos-luz

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A vizinhança solar

As medidas de paralaxe indicam que existem pouco mais de duas dezenas de estrelas dentro de uma distância de 3 parsecs, cerca de 10 anos-luz, na vizinhança solar.

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Estrelas distantes

Quanto mais distante o objeto menor é o fluxo luminoso que medimos, e este efeito pode ser utilizado para aferir as distâncias das estrelas.

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A nossa Galáxia

O censo das estrelas da nossa galáxia, a via-láctea, mostra que esta é um sistema estelar similar a tantas outras galáxias espirais. O Sol se encontra afastado da região central a cerca de 10 kpc do centro, ou cerca de 30 000 anos luz .

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O Universo fora da Via Láctea

A nossa Galáxia é uma entre tantas outras galáxias espirais que existem no Universo. Nestas escalas superiores a alguns megaparsecs, ou milhões de anos-luz, é que se manifestam os fenômenos cosmológicos.

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As galáxias mais distantes

As galáxias mais distantes que podemos observar indicam que a estrutura do Universo é bastante homogênea em grandes escalas.

Este fato é um dos fundamentos do princípio cosmológico segundo o qual o Universo deve ter as mesmas propriedades quando examinado por diferentes observadores.

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O espectro da radiação

A radiação é uma onda eletromagnética que pode ser decomposta em seus diversos comprimentos de onda.

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A origem das linhas atômicas

Os elétrons que pertencem a um elemento químico qualquer, mudam freqüentemente de nível de energia gerando as linhas atômicas que podem ser observadas.

Estas linhas se organizam em séries espectrais, que identificam a presença do elemento químico correspondente.

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O redshift

As linhas espectrais originadas dos elementos químicos observados nas galáxias se encontram deslocadas para o vermelho, em relação ao padrão que observamos em laboratório. Este é o fenômeno do redshift.

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A expansão do Universo

Inicialmente o redshift foi atribuído ao efeito Doppler, esperado para um corpo em movimento. Atualmente sabe-se que a origem deste efeito se deve a que o Universo está se expandindo, e as galáxias estão se afastando de nós. Em conseqüência, as linhas espectrais estão deslocadas para o vermelho, dando origem ao fenômeno do redshift cosmológico.

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A lei de Hubble

Quanto mais distante se encontra a galáxia tanto maior é a sua velocidade de recessão. Este fato, constatado por Edwin Hubble nos anos de 1920, se constitui na lei de Hubble.

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A idade do Universo

A lei de Hubble indica que todo o nosso Universo se originou a partir de uma grande expansão inicial, o Big-Bang, ocorrida a cerca de 10 bilhões de anos atrás.

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O Big-Bang

A teoria do Big-Bang é o paradigma da cosmologia atual. Nesta concepção o espaço, tempo, energia e matéria se originaram neste evento inicial. O ponto central da Cosmologia consiste em testar e entender, utilizando as teorias físicas existentes, como as propriedades do Universo observado se desenvolveram.

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Algumas questões cosmológicas

  • Como surgiram as galáxias?
  • Como surgiram os elementos químicos?
  • O Universo vai se expandir para sempre?
  • Quais são os principais constituintes do Universo?
  • Qual o papel da radiação no processo de expansão?
  • Qual a natureza da matéria escura?
  • Qual a natureza da energia escura?
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A teoria da relatividade geral

Segundo a teoria da relatividade geral, proposta por Albert Einstein, a gravitação afeta as propriedades do espaço. Este efeito pode ser facilmente observado no caso do Sol e é fundamental para entender a expansão cosmológica.

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Modelos do Universo

Pela teoria da relatividade geral existem três possíveis modelos para explicar o Universo:

1. fechado ou de curvatura positiva

2. plano ou de curvatura nula

3. aberto ou de curvatura negativa

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Gravidade e velocidade de escape

A velocidade de escape na superfície da Terra é igual a 11,9 km/s.

V∞= 0

V∞> 0

V<Vesc

V=Vesc

V>Vesc

Superfície da terra

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Por quê três modelos?

Se a atual taxa de expansão do Universo for insuficiente para compensar a atração gravitacional o Universo deve, no futuro, sofrer um colapso (modelo fechado).

Caso a velocidade de expansão atual seja muito elevada o Universo se expande para sempre e a velocidade final de expansão é diferente de zero (modelo aberto).

No caso plano o Universo se expande para sempre mas a velocidade final de expansão é nula.

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A expansão cosmológica

Segundo a teoria da relatividade geral as galáxias se afastam uma das outras porque o espaço está sofrendo uma expansão. Esta expansão força as galáxias a acompanharem este movimento criando assim o fenômeno de expansão que observamos na lei de Hubble.

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E

isso

é

tudo !