A expansão do Universo

1. A expansão do Universo e suas conseqüências cosmológicas Ronaldo E. De Souza Depto. Astronomia, IAG/USP

2. 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 !?

3. 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

4. Distâncias no sistema solar Plutão está a uma distância igual a 5 horas-luz do Sol.

5. 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

6. 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.

7. 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.

8. 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 .

9. 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.

10. 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.

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

12. Decomposição da luz

13. Espectrógrafo astronômico

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. A lei de Hubble

19. 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.

20. 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.

21. 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?

22. 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.

23. 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

24. 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

25. 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.

26. 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.

27. E isso é tudo !