T - CBPF
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Curso de Cosmologia 2013B Parte I Aula 5 Martín Makler C B P F Thursday, September 5, 13 Cosmologia - CBPF 2013 Parte Ic Copyleft Martín Makler O Universo Homogêneo II: Breve História Térmica do Universo Thursday, September 5, 13 Equação de estado e temperatura Se kT >> mc2: relativístico ⇒ p ≈ ρ/3 Se kT << mc2: Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 não relativístico ⇒ p<<ρ Pressão e Densidade Copyleft Martín Makler • Densidade de Energia: Thursday, September 5, 13 Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição Copyleft Martín Makler (“probabilidade”) Thursday, September 5, 13 Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição Copyleft Martín Makler (“probabilidade”) Thursday, September 5, 13 Energia Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição Copyleft Martín Makler (“probabilidade”) Thursday, September 5, 13 Energia Equilíbrio Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição Copyleft Martín Makler (“probabilidade”) Thursday, September 5, 13 Energia Equilíbrio Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição Copyleft Martín Makler (“probabilidade”) Thursday, September 5, 13 Energia Fermi-Dirac Bose-Einstein Equilíbrio Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição Copyleft Martín Makler (“probabilidade”) Thursday, September 5, 13 Energia Fermi-Dirac Energia Bose-Einstein Equilíbrio Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição (“probabilidade”) Energia Fermi-Dirac Energia Bose-Einstein Copyleft Martín Makler • Pressão: Thursday, September 5, 13 Equilíbrio Pressão e Densidade • Densidade de Energia: função de distribuição (“probabilidade”) Energia Fermi-Dirac Energia Bose-Einstein Copyleft Martín Makler • Pressão: Thursday, September 5, 13 Equilíbrio Densidade de energia e expansão do Universo: partículas com massa ρ Copyleft Martín Makler Observação: Exemplo ao lado para neutrinos 1+ z Thursday, September 5, 13 Cosmologia - CBPF 2013 Uma História do Universo Copyleft Martín Makler Cabum!! Thursday, September 5, 13 Cosmologia - CBPF 2013 Uma História do Universo Copyleft Martín Makler Cabum!! “O que se desatou num só momento não cabe no infinito, e é fuga e vento” [Instante, Carlos Drummond de Andrade] Thursday, September 5, 13 Recombinação Copyleft Martín Makler plasma matéria neutra Figura retirada de http://blueox.uoregon.edu/~karen/astro123/lectures/lec20.html Thursday, September 5, 13 Recombinação plasma Copyleft Martín Makler Ocorre a 0.26eV em vez de 13.6eV! matéria neutra Figura retirada de http://blueox.uoregon.edu/~karen/astro123/lectures/lec20.html Thursday, September 5, 13 Recombinação plasma Copyleft Martín Makler Ocorre a 0.26eV em vez de 13.6eV! matéria neutra Figura retirada de http://blueox.uoregon.edu/~karen/astro123/lectures/lec20.html Thursday, September 5, 13 Recombinação Copyleft Martín Makler Quando a temperatura cai abaixo dos 3.000K os elétrons ficam presos aos núcleos O Universo passa a ser transparente A luz se propaga livremente Thursday, September 5, 13 Recombinação Copyleft Martín Makler Quando a temperatura cai abaixo dos 3.000K os elétrons ficam presos aos núcleos O Universo passa a ser transparente A luz se propaga livremente Figura retirada de http://blueox.uoregon.edu/~karen/astro123/lectures/lec21.html Thursday, September 5, 13 A Radiação Cósmica de Fundo Copyleft Martín Makler “Fotosfera” vista da nossa galáxia Thursday, September 5, 13 A Radiação Cósmica de Fundo Copyleft Martín Makler “Fotosfera” vista da nossa galáxia Esperamos ver: Corpo negro, com desvio para o vermelho z ~ 1000 Thursday, September 5, 13 Intensidade [10-4 ergs cm-2 s-1 sr-1 cm] Copyleft Martín Makler O Espectro da Radiação Cósmica de Fundo Thursday, September 5, 13 espectro térmico com T = 2.725 ± 0.002 K barras de erro de 100σ Comprimento de onda [cm-1] Intensidade [10-4 ergs cm-2 s-1 sr-1 cm] Copyleft Martín Makler O Espectro da Radiação Cósmica de Fundo Thursday, September 5, 13 espectro térmico com T = 2.725 ± 0.002 K barras de erro de 100σ Comprimento de onda [cm-1] Radiação Cósmica de Fundo I Mapa da Radição Cósmica: Contraste: 1x Copyleft Martín Makler 400x Época do desacoplamento entre matéria e radiação (em torno de 380.000 anos após o “Big-Bang”). T0 = 2.725 ± 0.002. Desvio para o vermelho, z = 1089. Universo primordial altamente homogêneo. Dipolo: ΔT = 3.346 ± 0.017 mK vgal = 360 Km/s Thursday, September 5, 13 Radiação Cósmica de Fundo I Mapa da Radição Cósmica: Contraste: 1x Copyleft Martín Makler 400x Época do desacoplamento entre matéria e radiação (em torno de 380.000 anos após o “Big-Bang”). T0 = 2.725 ± 0.002. Desvio para o vermelho, z = 1089. Universo primordial altamente homogêneo. Dipolo: ΔT = 3.346 ± 0.017 mK vgal = 360 Km/s Thursday, September 5, 13 Nucleossíntese: Alquimia no Universo Primordial Copyleft Martín Makler Produção de 7Li, 3He, D, 4He z ~ 104, 3MeV,T ~ 1010 K - 109 K, 1s a 3min “DBB” Figura retirada de http://blueox.uoregon.edu/~karen/astro123/lectures/lec20.html Thursday, September 5, 13 Produção de elementos leves Copyleft Martín Makler Universo dominado pela radiação: • H = H(T) • taxa de interações = f(T) • depende apenas de η = nb/nγ Thursday, September 5, 13 Produção de elementos leves Copyleft Martín Makler Universo dominado pela radiação: • H = H(T) • taxa de interações = f(T) • depende apenas de η = nb/nγ Thursday, September 5, 13 Figura: Kepler Oliveira, Maria de Fátima Saraiva Astronomia e Astrofísica, http://astro.if.ufrgs.br/ Produção de elementos leves Universo dominado pela radiação: • H = H(T) • taxa de interações = f(T) • depende apenas de η = nb/nγ Copyleft Martín Makler ( Universo dominado pela radiação: Thursday, September 5, 13 ) Figura: Kepler Oliveira, Maria de Fátima Saraiva Astronomia e Astrofísica, http://astro.if.ufrgs.br/ Copyleft Martín Makler Abundância de Elementos Leves Thursday, September 5, 13 Abundância de Elementos Leves Produção de 7Li, 3He, D, 4He Todos com o mesmo η! Copyleft Martín Makler D é o melhor “bariômetro” Thursday, September 5, 13 Abundância de Elementos Leves Produção de 7Li, 3He, D, 4He Todos com o mesmo η! Copyleft Martín Makler D é o melhor “bariômetro” Thursday, September 5, 13 Abundância de Elementos Leves Produção de 7Li, 3He, D, 4He Todos com o mesmo η! Copyleft Martín Makler D é o melhor “bariômetro” Thursday, September 5, 13 Independente da matéria escura Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria Copyleft Martín Makler No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Aniquilação ⇒ Universo dominado por píons Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Aniquilação ⇒ Universo dominado por píons Aniquilação produz fótons: Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Aniquilação ⇒ Universo dominado por píons Aniquilação produz fótons: Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Aniquilação ⇒ Universo dominado por píons Aniquilação produz fótons: Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Assimetria Matéria/Anti-Matéria No universo primordial: equilíbrio entre partículas e anti-partículas (equipartição) T ~ 175 MeV (t ~ 10-5 s “DBB”): Meio quark-glúon ⇒ Hadronização Aniquilação ⇒ Universo dominado por píons Aniquilação produz fótons: Copyleft Martín Makler Assimetria de 1 parte em 109! Thursday, September 5, 13 Copyleft Martín Makler Relíquias Térmicas Frias e Matéria Escura Thursday, September 5, 13 Alguns Marcos da História do Universo kT (radiação) Evento 2 x 10-4 eV 10-3 eV Hoje Formação das Galáxias 1 eV Recombinação do H (desacoplamento matéria-radiação) 10 eV Dominação pela matéria Formação dos elementos leves (He4, He3, D e Li) 300 keV Copyleft Martín Makler (nucleossíntese) 0.5 MeV 100 MeV Fim da era leptônica (aniquilação e+ e-) Fim da era hadrônica e início da era leptônica (hadronização, aniquilação hádron anti-hádron) 1000 GeV 1015 GeV Transição de fase eletrofraca Bariossíntese? Grande Unificação? 1019 GeV Fim da era quântica? Inflação? Thursday, September 5, 13 Copyleft Martín Makler Endireitando a seta do tempo… Thursday, September 5, 13 Endireitando a seta do tempo… Fase inicial densa e quente Copyleft Martín Makler Big-Bang Thursday, September 5, 13 Endireitando a seta do tempo… Fase inicial densa e quente Big-Bang Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Processos físicos: Síntese dos elementos Fósseis: Abundância primordial Radiação cósmica de fundo Endireitando a seta do tempo… Fase inicial densa e quente Big-Bang Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Processos físicos: Síntese dos elementos Fósseis: Abundância primordial Radiação cósmica de fundo Formação de estruturas: Estrutura em grande escala Cosmologia - CBPF 2013 Copyleft Martín Makler Parte Id O Universo perturbado Radiação Cósmica de Fundo e Estrutura em Grande Escala Thursday, September 5, 13 Cosmologia - CBPF 2013 Flutuações na radiação cósmica de fundo Copyleft Martín Makler Anisotropias Thursday, September 5, 13 Anisotropias na Radiação Cósmica de Fundo Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 T0 = 2.725 ± 0.002. Desvio para o vermelho, z = 1089 Universo primordial altamente homogêneo Dipolo: ΔT = 3.346 ± 0.017 mK ⇒ vgal = 360 Km/s Flutuações de temperatura: Anisotropias na Radiação Cósmica de Fundo Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 T0 = 2.725 ± 0.002. Desvio para o vermelho, z = 1089 Universo primordial altamente homogêneo Dipolo: ΔT = 3.346 ± 0.017 mK ⇒ vgal = 360 Km/s Flutuações de temperatura: Prêmios Nobel: 1978, 2006 Copyleft Martín Makler Espectro de Potência da Radiação Cósmica de Fundo WMAP2008 Thursday, September 5, 13 Anisotropias na RCF Anisotropias primárias Copyleft Martín Makler Thursday, September 5, 13 Anisotropias na RCF Anisotropias primárias Copyleft Martín Makler Efeito Doppler Thursday, September 5, 13 Anisotropias na RCF Anisotropias primárias Copyleft Martín Makler Efeito Doppler Thursday, September 5, 13 Flutuação intrínseca de temperatura Anisotropias na RCF Anisotropias primárias Copyleft Martín Makler Efeito SachsWolfe Thursday, September 5, 13 Efeito Doppler Flutuação intrínseca de temperatura Anisotropias na RCF Anisotropias primárias Copyleft Martín Makler Efeito SachsWolfe Efeito Doppler Flutuação intrínseca de temperatura Em grandes escalas Sachs-Wolfe plaeau Em pequenas escalas: oscilações acústicas de bárions Thursday, September 5, 13
