Upgrade to Pro — share decks privately, control downloads, hide ads and more …

Observações fundamentais da cosmologia

Observações fundamentais da cosmologia

Aula do curso de "Introdução à cosmologia" para graduação, Prof. Rodrigo Nemmen, IAG USP.

https://rodrigonemmen.com/teaching/introducao-a-cosmologia/

C5ca9433e528fd5739fa9555f7193dac?s=128

Rodrigo Nemmen

August 07, 2017
Tweet

More Decks by Rodrigo Nemmen

Other Decks in Education

Transcript

  1. Rodrigo Nemmen Sala C302 IAG http://rodrigonemmen.com As Observações Fundamentais AGA0416

  2. Desligar o seu smartphone, tablet, laptop etc

  3. Big news: primeiros resultados cosmológicos do Dark Energy Survey 23

    Planck No Lensing DES Y1 DES Y1+Planck No Lensing DES Y1+Planck+BAO+JLA 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 h 1.6 1.3 1.0 0.7 0.4 w 0.24 0.30 0.36 0.42 m 0.75 0.80 0.85 0.90 S8 0.60 0.66 0.72 0.78 0.84 h 1.6 1.3 1.0 0.7 0.4 w 0.75 0.80 0.85 0.90 S8 https://arxiv.org/pdf/1708.01530.pdf
  4. Big news: primeiros resultados cosmológicos do Dark Energy Survey .

    68% confidence levels on three cosmological parameters from the joint DES Y1 probes and other experiments for w context of this model. These factors degrade of the value w = 1.34+0 . 08 0 . 15 returned by th combination. The addition of BAO, SNe, and Planck the DES+Planck combination yields the red c ure 14, shifting the solution substantially al degeneracy direction, demonstrating (i) the tioned above with the DES+Planck (no lensin and (ii) that these problems are resolved when are introduced that restrict the Hubble param able values. The Bayes factor for combination the low-z suite of DES+BAO+SNe in the w R = 699, substantially more supportive of t of experiments than the case for Planck and D DES+Planck+BAO+SNe solution shows good the ⌦m –w–S 8 subspace and yields our final c dark energy equation of state: w = 1.00+0 . 04 0 . 05 . DES Y1 reduces the width of the allowed 68% percent. The evidence ratio Rw = 0.08 for Planck with no lensing (green), bined (red) in the ⌦m, h plane. in the CMB constrain ⌦mh3 ex- nation of ⌦m breaks the degen- h than inferred from Planck only to test the ⇤CDM prediction fer the issue of parameter de- ions. However, there is one ts combined with DES that is ta do not constrain the Hubble shown in Figure 12, the DES bined with Planck’s measure- n the inference of the Hubble l measurements [119]). Since ed value of h moves up. As atively in Table II, the shift is Table II, this shift in the value FIG. 13. ⇤CDM constraints from all three two within DES and BAO, JLA, and Planck (with lens S8 plane. Combining all of these leads to the tightest on ⇤CDM parameters, shown in Table II. Hig of these: at 68% C.L., the combination of D external data sets yields ⌦m = 0.301+0 . 006 0 . 008 . This value is about 1 lower than the value wi with comparable error bars. The clustering am constrained at the percent level: 8 = 0.801 ± 0.014 S 8 = 0.799+0 . 014 0 . 009 . h = 0.682+0 . 006 0 . 006 (D s in the CMB constrain ⌦mh ex- mination of ⌦m breaks the degen- h than inferred from Planck only is to test the ⇤CDM prediction efer the issue of parameter de- ctions. However, there is one ents combined with DES that is ata do not constrain the Hubble s shown in Figure 12, the DES mbined with Planck’s measure- in the inference of the Hubble cal measurements [119]). Since rred value of h moves up. As itatively in Table II, the shift is Table II, this shift in the value are added in. arameters in ⇤CDM FIG. 13. ⇤CDM constraints from all three tw within DES and BAO, JLA, and Planck (with le S8 plane. Combining all of these leads to the tightes on ⇤CDM parameters, shown in Table II. H of these: at 68% C.L., the combination of external data sets yields ⌦m = 0.301+0 . 006 0 . 008 . This value is about 1 lower than the value w with comparable error bars. The clustering a constrained at the percent level: 8 = 0.801 ± 0.014 S 8 = 0.799+0 . 014 0 . 009 . Note that fortuitously, because ⌦m is so clos ference in the central values of 8 and S 8 is combined result is about 1 lower than the in https://arxiv.org/pdf/1708.01530.pdf
  5. Tamanhos angulares θ 1° = 1/360 de um círculo =

    2π/360 rad 1 minuto de arco = 1' = 1/60 de um ° = 2.9×10-4 rad 1 segundo de arco = 1" = 1/60 de um ' = 4.8×10-6 rad 0.5° ≈ 30’ 0.5° ≈ 30’ 4” 3° Galáxia de Andrômeda
  6. 4” Buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea 26000

    anos-luz 50 μas
  7. Unidades de medida na cosmologia Distância, tempo e massa MKS

    parsec (pc) = 3.1×1016 m usaremos comumente Mpc, Gpc M⦿ (massa solar) = 2×1030 kg Distância Massa Tempo Gano = 109 anos = 3.2×1016 s Energia eV = 1.6×10-19 J elétron: mec2 = 0.511 MeV próton: mpc2 = 938.3 MeV ~ 1 GeV Luminosidade solar L⦿ = 3.8×1026 W = 3.8×1033 erg/s
  8. As Observações Fundamentais

  9. Descartes, The World, 1636 Wright, An Original Theory of the

    Universe, 1750
  10. Analogia para entender o paradoxo de Olbers

  11. None
  12. 1 ano-luz = 9 trilhões de km = 60.000 a

    distância Terra-Sol X 25.000 anos-luz de distância Sistema Solar
  13. None
  14. Estrutura em grande escala do universo http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/

  15. http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/

  16. http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/

  17. 4 Gpc de lado http://galformod.mpa-garching.mpg.de/mxxlbrowser/

  18. 28 Gpc de lado diâmetro do universo observável http://galformod.mpa-garching.mpg.de/mxxlbrowser/

  19. Tipos de espectros eletromagnéticos Contínuo, linhas de emissão e absorção

  20. http://astro.unl.edu/naap/hr/graphics/absorption.png Como são produzidas as linhas de absorção (ou emissão)?

  21. Estrelas variáveis cefeidas são visíveis a dezenas de Mpc d

    = 26 Mpc
  22. Série temporal do brilho (curvas de luz) de estrelas variáveis

    cefeidas
  23. http://outreach.atnf.csiro.au/education/senior/astrophysics/variable_cepheids.html Relação período-luminosidade Período Henrietta Leavitt (1912)

  24. Figure 2.4: Edwin Hubble’s original plot of the relation between

    redshift (vertical axis) and distance (horizontal axis). Note that the vertical axis Hubble. 1929, PNAS cz
  25. https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect

  26. https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect

  27. 2.3. REDSHIFT PROPORTIONAL TO DISTANCE 17 Figure 2.5: A more

    modern version of Hubble’s plot, showing cz versus Freedman et al. 2001, ApJ H0 = 70 km s-1 Mpc-1 cz
  28. None
  29. Conceito de horizonte observável t = 0 obs. a b

    c d
  30. t1

  31. t2

  32. t3

  33. t4

  34. t5

  35. t6 obs. a b c d

  36. t = 0 obs. a b c d Evolução do

    tamanho do horizonte do universo observável
  37. t1

  38. t2

  39. t3

  40. t4

  41. t5

  42. t6 obs. a b c d

  43. Do que o Cosmos é feito?

  44. partícula símbolo energia de repouso (MeV) carga próton p 938.3

    +1 nêutron n 939.6 0 elétron e- 0.511 -1 neutrino νe, νμ, ντ ? 0 fóton γ 0 0 matéria escura ? ? 0 Propriedades das partículas
  45. None
  46. Lagrangian for standard model of particle physics http://www.symmetrymagazine.org/article/the-deconstructed-standard-model-equation http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6552/aa5b25

  47. None
  48. None
  49. None
  50. partícula símbolo energia de repouso (MeV) carga próton p 938.3

    +1 nêutron n 939.6 0 elétron e- 0.511 -1 neutrino νe, νμ, ντ ? 0 fóton γ 0 0 matéria escura ? ? 0 Propriedades das partículas
  51. Chumbo alguns parsecs

  52. partícula símbolo energia de repouso (MeV) carga próton p 938.3

    +1 nêutron n 939.6 0 elétron e- 0.511 -1 neutrino νe, νμ, ντ ? 0 fóton γ 0 0 matéria escura ? ? 0 Propriedades das partículas
  53. partícula símbolo energia de repouso (MeV) carga próton p 938.3

    +1 nêutron n 939.6 0 elétron e- 0.511 -1 neutrino νe, νμ, ντ ? 0 fóton γ 0 0 matéria escura ? ? 0 Propriedades das partículas aula 20
  54. A radiação cósmica de fundo em microondas

  55. Arno Penzias Robert Wilson Cientistas que descobriram a radiação cósmica

    de fundo em microondas Cosmic microwave background (CMB)
  56. Telescópio utilizado na descoberta

  57. T0 = 2.73 K Espectro da CMB Espectro de corpo

    negro Mather et al. 1994
  58. Ilustração da lei de deslocamento de Wien hyperphysics

  59. http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/B/Blackbody+Radiation

  60. None
  61. None
  62. Propriedades da CMB corpo negro T0 = 2.725 ± 0.001

    K Tipo de espectro Temperatura Densidade 
 de energia u = 4.2×10-14 J m-3 Densidade 
 de fótons ⟨E⟩ dos fótons 0.26 MeV m-3 (0.5 mec2) 2 fótons de raios gama n = 4.1×108 m-3 411 fótons cm-3 ¯ E = 6.34 ⇥ 10 4eV energia de ionização H: 13.6 eV 2 mm (microondas) ¯ E = h¯ ⌫ ) ¯ ⌫ =
  63. Universo jovem, T≫104 K: plasma quente e completamente ionizado Fótons

    interagindo fortemente com elétrons livres. Por quê?
  64. http://spiff.rit.edu/classes/phys440/lectures/opacity/opacity.html Espalhamento de Thomson

  65. Sol Espalhamento de Thomson no interior do Sol criação do

    fóton fóton emitido fotosfera
  66. http://nickstravelbug.com/travel-photos/fotofriday-golden-gate-bridge/ Analogia para entender o universo primordial Quente, denso, opaco

    T 104 K Fótons “aprisionados” no mar de elétrons livres
  67. http://nickstravelbug.com/travel-photos/fotofriday-golden-gate-bridge/ Fótons saem do cárcere: Universo transparente Radiação cósmica de

    fundo de microondas T ⇠ 3000 K Universo se expande e esfria, elétrons e prótons recombinam, formando átomos de H neutros
  68. http://www.gadventures.com/blog/pics-of-the-week-structures/ Fótons saem do cárcere: Universo transparente Radiação cósmica de

    fundo de microondas T ⇠ 3000 K Universo se expande e esfria, elétrons e prótons recombinam, formando átomos de H neutros
  69. T 104 K T 3000 K T0 = 2.73 K

    Universo se torna transparente época da recombinação
  70. None
  71. • em inglês: cosmic microwave background (CMB) radiation • “fóssil”

    mais antigo do universo • traz consigo a foto mais antiga do cosmos (infância do universo) • é a coisa mais fria do universo • maior parte dos fótons no universo são da radiação cósmica de fundo de microondas (>99%) • está aqui nesta sala, e em todo lugar: 
 400 fótons/cm3 㱺 estática na TV Radiação cósmica de fundo em microondas
  72. None
  73. None
  74. None
  75. Versão do diretor

  76. None