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A Origem do Universo - uma.pt · PDF filecompreender a origem, evolução e destino final de todo o Universo. Dependendo das observações as teorias tem de ser abandonadas, revistas

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Grupo de Astronomia da

Universidade da Madeira

A Origem do Universo

Angelino Gonalves

Semana da Astronomia

25 de Julho de 2001

Cosmologia: O estudo do Universo

Cosmologia o estudo cientfico das propriedades macroscpicas do Universo como um todo.

uma tentativa de usar mtodo cientfico para compreender a origem, evoluo e destino final detodo o Universo.

Dependendo das observaes as teorias tem de serabandonadas, revistas ou estendidas para englobar osdados.

A teoria que neste momento prevalece a Teoria do BIG BANG.

Histria recente das teorias cosmolgicas

A hiptese cartesiana (1644)

Rene Descartes especulou que Deus tinha mandado um certo nmero de vrtices degs, e estes eventualmente fizeram as estrelas, que mais tarde se tornaram em cometas,que por sua vez se tornaram em planetas.

A hiptese Nebulosa de Swedenborg (1734)

Uma nebulosa em rpida rotao tornou-se no nosso sistema solar (Sol e planetas). A sua teoria, obtida dos espritos, tornou-se na base de muitas teorias sobre a origem dos planetas e das estrelas que seguiram e a teoria de base ainda hoje.

A hiptese Nebulosa de Kant (1755)

Nuvens de gs em rotao tornavam-se no nosso Sol e planetas. Tanto Kant como Swedenborg comeavam com gs j existente em rotao. Kant no sabia que as forasde gravitao no podiam inicialmente produzir tal rotao gasosa.

A hiptese coliso de Buffon (1779)

Um cometa passando perto do Sol arrancou algum material que arrefeceu e formou a Terra.

A hiptese Nebulosa de Laplace (1796)

Laplace criou uma teoria que se tornou a mais conhecida das teorias evolucionrias da histria moderna. Ele tambm comea com uma nuvem de gs em rotao. Conforme vai arrefecendo, vai condensando e rodando cada vez mais rpido e torna-se no disco de alta velocidade de gs. Os materiais na fronteira descolam-se em forma de anis para se tornarem em planetas e luas. O material que ficou no centro formou o nosso Sol.

A hiptese mar de Darwin (1890)

O facto da Lua se estar a afastar da Terra j era conhecido nesta poca, e ento Georgeteve a ideia que 4 milhes de anos antes, a lua estava quase ligada Terra e que rodava a Terra em 5 horas. Um dia uma mar viva ocorreu nos oceanos e afastou-a para onde ela est agora.

A hiptese planetesimal de Chamberlain e Moultan (1900)

Eles comearam com um grande nmero de corpos parecidos com meteoritos, PLANETESIMAIS, que vagueavam pelo cu. Gradualmente estes corpos foram colando-se uns aos outros para formar planetas.

A hiptese mar de Jeans-Jeffreys (1917)

Uma estrela que passou pelo nosso Sol arrancou-lhe um fio comprido de material gasoso, que era parecido com um tero. Isto formou os nove Planetas.

A hiptese Nebulosa de von Weizsacker (1944)

Ele comeou com uma nuvem enorme de gs e poeira em movimento circular. Gradualmente esta contraiu-se e depois ficou plana. Mas em vez de sarem anis planetrios, como LaPlace tinha feito, von Weizsacker considerou que a parte central colapsou para formar o nosso Sol. Isto causou turbulncia no gs exterior formando os planetas.

A hiptese da nuvem de poeira de Whipple (1948)

Comeou com nuvens de poeira. Ele fez a sugesto que a luz das estrelas empurrou a poeira para uma nuvem enorme. Pequenas turbulncias criaram o Sol e os Planetas. As estrelas foram formadas por outras estrelas e essas ainda por outras.

A hiptese do planeta prottipo de Kuiper (1951)

Renovou totalmente a teoria de von Weizsacker. A nuvem de gs de Kuiper foi inicialmente formada na escurido, mas depois o Sol comeou a iluminar o centro, aquecendo a nuvem.

A hiptese do tomo primordial de Lemaitre (1927)

Um super tomo do dimetro da rbita da Terra volta do Sol apareceu misteriosamente. volta dele no havia nada. Depois este tomo grande desintegrou-seradioactivamente (explodiu). Ele expandiu-se rapidamente, abrandou e continuou a expandir. medida que expandia os Planetas e as estrelas foram-se formando.

A hiptese do Big Bang (1947)

Foi G Lemaitre que fez a base para a teoria do Big Bang mas foi Goerge Gamow, R.A. Alpher e R Herman que inventaram o modelo da bola primordial de fogo.

O Universo do estado esttico de Hoyle (1948)

Segundo esta teoria, o hidrognio, como matria que se cria a si prpria, d-se a tarefa de se tornar em estrelas, Planetas e por ltimo em plantas, animais e pessoas. A teoria da evoluo levada ao mximo.

A hiptese ambiplasma de Alfven (1965)

A teoria comea com matria normal e anti-matria. mistura ele chamou ambiplasma. Gradualmente, durante um perodo de trilies de anos a matria comea a diminuir. Conforme vai diminuindo, a matria e anti-matria vai entrando em contacto e anilando-se. Isto deixa protes e electes e muita radiao. Depois de mais uns trilies de anos a radiao faz com que a contraco se torne numa expanso.

A hiptese do Universo oscilante

George Gamow depois de ter dado teoria do Big Bang o nome e o seu apoio total durante muitos anos, comeou a fazer campanha a favor da teoria do Universo oscilante. Isto simplesmente um Big Bang recorrente de 80 bilies em 80 bilies de anos.

A hiptese inflacionria de Guth (1980)

A.H. Guth inventou uma teoria acessria, o Universo inflacionrio, para tentar salvar a teoria do Big Bang de alguns dos seus problemas tericos.

A hipotese mixmaster de Misner (1980)

No mesmo ano, C.W. Misner inventou a teoria mix master. A sua teoria propunha que o Universo oscilava entre um tipo de charuto e uma panqueca.

Cosmology do Big Bang

As bases da teoria do Big Bang

O Modelo do Big Bang baseado em dois pilares tericos:

1) Relatividade Geral

O fsico John Wheeler exps a ideia muito bem quando afirmou A matria diz ao espao como curvar e o espao diz matria como mover-se.

2) O Princpio Cosmolgico

Um Universo homogneo e isotrpico quando visto em enormes escalas

Conceitos da teoria do Big Bang

A distoro do tempo-espao (devido aos efeitos gravitacionais da matria) s pode ter

trs formas:

Possveis cenrios do tamanho relativo do Universo vs. Tempo

Universos abertos e Universos fechados

Conceitos incorrectos do Big Bang e da

expanso do Universo:

1. O Big Bang no ocorreu num ponto singular do espao.

2. Por definio o Universo engloba todo o tempo e espao como ns o conhecemos portanto este modelo no postula em que que o Universo se vai tornar.

3. No est includo no modelo do Big Bang o que que deu origem ao Universo.

Parmetros livres dentro desta famlia de modelos

do Big Bang

O mais importante destes a geometria do Universo (aberto, plano ou fechado);

A taxa de expanso (constante de Hubble);

A velocidade relativa dos aglomerados em funo da respectiva magnitude aparente

O percurso geral da expanso, passado e futuro (determinado pelas percentagens fraccionais dos diferentes tipos de matria no Universo).

Testes observacionais da teoria do Big Bang

A expanso do Universo

Os elementos leves

Sntese nuclear no Universo primordial

Os termos sntese nuclear referem-se formao de elementos mais pesados, ncleos atmicos com muitos protes e neutres, por fuso dos elementos mais leves.

A abundncia prevista de deutrio, hlio e ltio depende da densidade de matria normal no Universo primordial

Para que as previses dos outros elementos leves esteja de acordo com as observaes, a densidade total da matria normal tem que ser 4% da densidade crtica.

O satlite MAP devia ser capaz de medir a densidade da matria normal e comparar valores observados com os previstos pela teoria do Big Bang ncleo sntese.

Isto constitui o teste mais rigoroso do modelo.

Se os resultados estiverem em conflito ento h:

1. erros nos dados

2. uma compreenso incompleta do processo de ncleo sntese na teoria do Big Bang

3. uma m compreenso dos mecanismos que produzem as flutuaes na radiao microondas de fundo

4. um problema mais profundo da teoria do Big Bang.

Abundncias finais de elementos leves em funo da densidade actual do Universo

Ncleo sntese nas estrelas.

Elementos mais pesados que ltio so sintetizados nas estrelas.

Durante as ltimas fases de evoluo estrelar, enormes estrelas queimam hlio para carbono, oxignio, silcio, enxofre e ferro.

Elementos mais pesados que ferro so formados de duas formas, nas camadas exterioresde estrelas gigantes e na exploso de uma supernova.

Toda a vida baseada em carbono na Terra literalmente composta de poeira das estrelas.

A radiao csmica de fundo (CMB)

A teoria do Big Bang prev que o Universo primordial era um lugar muito quente e conforme ele foi expandindo o gs no interior foi arrefecendo.

Por esta razo o Universo devia estar cheio de radiao que literalmente os restos do calor inicial do Big Bang, chamada radiao microondas de fundo (CMB).

Prevista pela primeira vez por George Gamow em 1948, e por Ralph Alpher e Robert Herman em 1950.

Observada pela primeira vez em 1965 por Arno Penzias e Robert Wilson.

Penzias e Wilson receberam o prmio Nobel da Fsica em 1978 pela sua descoberta.

A radiao CMB muito fria, apenas 2.725 acima de zero absoluto.

Porqu estudar a radiao CMB?

A luz anda a uma velocidade finita.

A maior parte das estrelas visveis a olho nu noite esto a uma distncia de 10 a 100 anos luz.

Ns vemos como elas eram entre 10 a 100 anos.

Astrnomos que esto a observar galxias distantes com o HST podem v-las como elas eram apenas poucos bilies de anos aps o Big Bang.

A radiao CMB foi emitida apenas umas centen

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