El Universo observable

Transcripción

1 El Universo observable p. 1/4 El Universo observable Sao Carlos, 20/05/2013 Héctor Vucetich Observatorio Astronómico Universidad Nacional de La Plata

2 El Universo observable p. 2/4 Introducción Desde tiempos muy antiguos, el hombre ha deseado comprender el Universo que nos rodea. Muchos modelos de Universo fueron propuestos basándose sobre Hipótesis de Simetría aunque con poco respaldo observacional.

3 Una Tierra Plana El Universo observable p. 3/4

4 Universo Geocéntrico El Universo observable p. 4/4

5 Universo Heliocéntrico El Universo observable p. 5/4

6 El Universo observable p. 6/4 Nuestro modelo de Universo Nuestra civilización científica ha desarrollado su propio modelo de Universo.

7 El Universo observable p. 6/4 Nuestro modelo de Universo Nuestra civilización científica ha desarrollado su propio modelo de Universo. Está basado también sobre hipótesis de simetría

8 El Universo observable p. 6/4 Nuestro modelo de Universo Nuestra civilización científica ha desarrollado su propio modelo de Universo. Está basado también sobre hipótesis de simetría pero también sobre una rica base observacional

9 El Universo observable p. 6/4 Nuestro modelo de Universo Nuestra civilización científica ha desarrollado su propio modelo de Universo. Está basado también sobre hipótesis de simetría pero también sobre una rica base observacional y se llama...

10 El Big Bang El Universo observable p. 7/4

11 El Universo observable p. 8/4 Los Principios El principio galileano: Las leyes de la física son las mismas en todo el Universo.

12 El Universo observable p. 8/4 Los Principios El principio galileano: Las leyes de la física son las mismas en todo el Universo. El principio cosmológico: El Universo es homogéneo e isotrópico.

13 El Universo observable p. 8/4 Los Principios El principio galileano: Las leyes de la física son las mismas en todo el Universo. El principio cosmológico: El Universo es homogéneo e isotrópico. La expansión de Hubble: El Universo se expande como un todo.

14 El Universo observable p. 8/4 Los Principios El principio galileano: Las leyes de la física son las mismas en todo el Universo. El principio cosmológico: El Universo es homogéneo e isotrópico. La expansión de Hubble: El Universo se expande como un todo. El fondo de radiación: El Universo está bañado por por una radiación de fondo de 3 K.

15 El Universo observable p. 8/4 Los Principios El principio galileano: Las leyes de la física son las mismas en todo el Universo. El principio cosmológico: El Universo es homogéneo e isotrópico. La expansión de Hubble: El Universo se expande como un todo. El fondo de radiación: El Universo está bañado por por una radiación de fondo de 3 K. Inflación: El Universo pasó por un periodo muy breve de expansión exponencial.

16 El Universo observable p. 9/4 Las leyes I: La geometría (Principios Galileano, Cosmológico y Expansión de Hubble) ds 2 = c 2 dt 2 a 2 (t)ds 2 E

17 Las leyes I: La geometría (Principios Galileano, Cosmológico y Expansión de Hubble) ds 2 = c 2 dt 2 a 2 (t)ds 2 E II: La evolución (Principio Galileano y Relatividad General) ȧ 2 a 2 + k a 2 = 8πG 2c 2 ǫ(p, T) El Universo observable p. 9/4

18 El Universo observable p. 10/4 Las leyes III: La ecuación de estado (Principio Galileano, Fondo Cósmico de Radiación y Modelo Estándard)

19 El Universo observable p. 10/4 Las leyes III: La ecuación de estado (Principio Galileano, Fondo Cósmico de Radiación y Modelo Estándard) Existe equilibrio termodinámico p.c.t. t

20 El Universo observable p. 10/4 Las leyes III: La ecuación de estado (Principio Galileano, Fondo Cósmico de Radiación y Modelo Estándard) Existe equilibrio termodinámico p.c.t. t El contenido del Universo está formado por la materia estándard, más la materia oscura, más la energía oscura

21 El Universo observable p. 11/4 Ecuación de estado Materia hadrónica: Formada por las partículas del Modelo Estándar de las Interacciones Fundamentales.

22 El Universo observable p. 11/4 Ecuación de estado Materia hadrónica: Formada por las partículas del Modelo Estándar de las Interacciones Fundamentales. Materia oscura: Interactúa sólo (?) con la gravitación. Constitución desconocida.

23 El Universo observable p. 11/4 Ecuación de estado Materia hadrónica: Formada por las partículas del Modelo Estándar de las Interacciones Fundamentales. Materia oscura: Interactúa sólo (?) con la gravitación. Constitución desconocida. Materia demoníaca: (Energía oscura) Produce antigravedad (?); viola el 2 principio de la termodinámica.

24 Distancias El Universo observable p. 12/4

25 El Universo observable p. 13/4 Escala de distancias La medición de distancias es uno de los procesos más complejos en cosmología.

26 El Universo observable p. 13/4 Escala de distancias La medición de distancias es uno de los procesos más complejos en cosmología. Tradicionalmente, está afectado por enormes errores sistemáticos.

27 El Universo observable p. 13/4 Escala de distancias La medición de distancias es uno de los procesos más complejos en cosmología. Tradicionalmente, está afectado por enormes errores sistemáticos. Actualmente, se hace en tres etapas: paralajes, estrellas variables y supernovas.

28 El Universo observable p. 14/4 Paralaje Las distancias a las estrellas cercanas se miden con la paralaje π. V * π * * D * * * I La unidad de distancia el el parsec = (paralaje de 1 ).

29 El Universo observable p. 15/4 Medición de paralajes La medición de una paralaje estelar se hace midiendo la variación angular de la imagen de una estrella durante un año.

30 El Universo observable p. 15/4 Medición de paralajes La medición de una paralaje estelar se hace midiendo la variación angular de la imagen de una estrella durante un año. Con telescopios en tierra puede lograrse un error de 0,1.

31 El Universo observable p. 15/4 Medición de paralajes La medición de una paralaje estelar se hace midiendo la variación angular de la imagen de una estrella durante un año. Con telescopios en tierra puede lograrse un error de 0,1. El satélite Hipparcos logró medidas con error 0,001

32 El Universo observable p. 15/4 Medición de paralajes La medición de una paralaje estelar se hace midiendo la variación angular de la imagen de una estrella durante un año. Con telescopios en tierra puede lograrse un error de 0,1. El satélite Hipparcos logró medidas con error 0,001 El satélite Gaia podrá medir (en principio) paralajes del orden de π 10 5.

33 El Universo observable p. 16/4 Estrellas variables Estrellas muy luminosas, cuyo brillo varía periódicamente.

34 El Universo observable p. 16/4 Estrellas variables Estrellas muy luminosas, cuyo brillo varía periódicamente. Pueden detectarse a gran distancia por la forma de su curva de luz.

35 El Universo observable p. 16/4 Estrellas variables Estrellas muy luminosas, cuyo brillo varía periódicamente. Pueden detectarse a gran distancia por la forma de su curva de luz. Su calibración se hace con estrellas de la misma clase en la Galaxia.

36 El Universo observable p. 16/4 Estrellas variables Estrellas muy luminosas, cuyo brillo varía periódicamente. Pueden detectarse a gran distancia por la forma de su curva de luz. Su calibración se hace con estrellas de la misma clase en la Galaxia. La calibración es aun muy difícil.

37 El Universo observable p. 17/4 Cefeidas Curva de luz de Delta de Cefeo

38 El Universo observable p. 18/4 Relación P L El brillo de las cefeidas depende de su periodo M W(VI) W VI (2.45) B07 a = ± 0.03 b = ± 0.12 B06 fit F01 W VI (2.53) B07 a = ± 0.03 b = ± 0.11 B06 fit S log P log P

39 El Universo observable p. 19/4 Supernovas Ia Son gigantescas explosiones estelares, cuyo brillo puede ser mayor que el de toda una Galaxia.

40 El Universo observable p. 19/4 Supernovas Ia Son gigantescas explosiones estelares, cuyo brillo puede ser mayor que el de toda una Galaxia. Visible desde distancias cosmológicas.

41 El Universo observable p. 19/4 Supernovas Ia Son gigantescas explosiones estelares, cuyo brillo puede ser mayor que el de toda una Galaxia. Visible desde distancias cosmológicas. Su brillo, casi constante, puede corregirse a un brillo patrón.

42 El Universo observable p. 19/4 Supernovas Ia Son gigantescas explosiones estelares, cuyo brillo puede ser mayor que el de toda una Galaxia. Visible desde distancias cosmológicas. Su brillo, casi constante, puede corregirse a un brillo patrón. Pueden calibrarse con supernovas en galaxias cercanas.

43 Escala de distancias El Universo observable p. 20/4

44 El Universo observable p. 21/4 Dos pasos La escala de distancias se establece en dos pasos.

45 El Universo observable p. 21/4 Dos pasos La escala de distancias se establece en dos pasos. Medición de la constante de Hubble (Galaxias cercanas).

46 El Universo observable p. 21/4 Dos pasos La escala de distancias se establece en dos pasos. Medición de la constante de Hubble (Galaxias cercanas). Medición de la aceleración del Universo (Galaxias lejanas).

47 Medición de H 0 El Universo observable p. 22/4

48 Medición de la aceleración El Universo observable p. 23/4

49 El Fondo Cósmico de Radiación El Universo observable p. 24/4

50 El Universo observable p. 25/4 Propiedades El fondo cósmico de radiación tiene el espectro de un cuerpo negro con una temperatura de T 0 = (2,72548 ± 0,00057) K.

51 El Universo observable p. 25/4 Propiedades El fondo cósmico de radiación tiene el espectro de un cuerpo negro con una temperatura de T 0 = (2,72548 ± 0,00057) K. Hay una fluctuación dipolar, que corresponde al movimento del Sistema Solar a través del FRC con una amplitud de 10 3 T 0.

52 El Universo observable p. 25/4 Propiedades El fondo cósmico de radiación tiene el espectro de un cuerpo negro con una temperatura de T 0 = (2,72548 ± 0,00057) K. Hay una fluctuación dipolar, que corresponde al movimento del Sistema Solar a través del FRC con una amplitud de 10 3 T 0. Hay fluctuaciones menores, con una amplitud de 10 5 T 0.

53 El Universo observable p. 26/4 Un cuerpo negro perfecto Cosmic Microwave Background Spectrum from COBE COBE Data Black Body Spectrum 300 Intensity [MJy/sr] Frequency [1/cm]

54 El cielo en microondas El Universo observable p. 27/4

55 El cielo en alta resolución El Universo observable p. 28/4

56 Un espectro limitado El Universo observable p. 29/4

57 Un espectro más moderno El Universo observable p. 30/4

58 Interpretación El Universo observable p. 31/4

59 El Universo observable p. 32/4 Origen Las fluctuaciones iniciales en el plasma originaron ondas sonoras en el fluido formado por materia bariónica y radiación.

60 El Universo observable p. 32/4 Origen Las fluctuaciones iniciales en el plasma originaron ondas sonoras en el fluido formado por materia bariónica y radiación. La materia oscura, atraída por la gravedad, se comprimió y ayudó a generar oscilaciones.

61 El Universo observable p. 32/4 Origen Las fluctuaciones iniciales en el plasma originaron ondas sonoras en el fluido formado por materia bariónica y radiación. La materia oscura, atraída por la gravedad, se comprimió y ayudó a generar oscilaciones. Las ondas se propagaron con velocidad variable y frecuencia variables.

62 Ondas en el plasma original El Universo observable p. 33/4

63 El Universo observable p. 34/4 Origen (2) Cuando la temperatura del Universo disminuyó, los electrones se combinaron con los protones y el Universo se hizo transparente.

64 El Universo observable p. 34/4 Origen (2) Cuando la temperatura del Universo disminuyó, los electrones se combinaron con los protones y el Universo se hizo transparente. La radiación escapó y dejó de hacer presión sobre la materia bariónica.

65 El Universo observable p. 34/4 Origen (2) Cuando la temperatura del Universo disminuyó, los electrones se combinaron con los protones y el Universo se hizo transparente. La radiación escapó y dejó de hacer presión sobre la materia bariónica. La radiación se propagó libremente hasta llegar a los satélites que la detectaron.

66 El Universo observable p. 35/4 Origen (3) Las ondas de materia bariónica se detuvieron cuando la presión de radiación desapareció.

67 El Universo observable p. 35/4 Origen (3) Las ondas de materia bariónica se detuvieron cuando la presión de radiación desapareció. La materia formó superficies esféricas y fue arrastrada por la expansión del Universo.

68 El Universo observable p. 35/4 Origen (3) Las ondas de materia bariónica se detuvieron cuando la presión de radiación desapareció. La materia formó superficies esféricas y fue arrastrada por la expansión del Universo. El radio de esas esferas se llama el horizonte sónico.

69 El Universo observable p. 35/4 Origen (3) Las ondas de materia bariónica se detuvieron cuando la presión de radiación desapareció. La materia formó superficies esféricas y fue arrastrada por la expansión del Universo. El radio de esas esferas se llama el horizonte sónico. Su valor puede calcularse a partir de los datos del FCR.

70 La señal de los bariones El Universo observable p. 36/4

71 Conclusiones El Universo observable p. 37/4

72 El Universo observable p. 38/4 Resultados (Planck) Parámetro N V ± σ Edad del Universo (Ga) t 0 13,717 ± 0,048 Constante de Hubble (km/s/mpc) H 0 67,3 ± 1,4 Densidad de Bariones Ω B 0,04868 ±0,00093 Densidad de Materia Oscura Ω M 0,266 ± 0,015 Densidad de Energía Oscura Ω Λ 0,685 ± 0,018 Densidad de Curvatura Ω K 0,0004± 0,0033

73 La materia del Universo (WMAP) El Universo observable p. 39/4

74 El Universo observable p. 40/4 Nuestro conocimiento del Universo Los datos obtenidos de las escalas de distancias y principalmente del Fondo Cósmico de Radiación resumen nuestro conocimento actual de Universo.

75 El Universo observable p. 40/4 Nuestro conocimiento del Universo Los datos obtenidos de las escalas de distancias y principalmente del Fondo Cósmico de Radiación resumen nuestro conocimento actual de Universo. We find no strong evidence to favour any extension to the base LCDM cosmology, either from the CMB temperature power spectrum alone, or in combination with the Planck lensing power spectrum and other astrophysical data sets. Planck

76 El Universo observable p. 41/4 Tres sapos grandes Hay, sin embargo, varios problemas en la física del modelo cosmológico estándar:

77 El Universo observable p. 41/4 Tres sapos grandes Hay, sin embargo, varios problemas en la física del modelo cosmológico estándar: La materia oscura,

78 El Universo observable p. 41/4 Tres sapos grandes Hay, sin embargo, varios problemas en la física del modelo cosmológico estándar: La materia oscura, La energía oscura y

79 El Universo observable p. 41/4 Tres sapos grandes Hay, sin embargo, varios problemas en la física del modelo cosmológico estándar: La materia oscura, La energía oscura y El inflatón.

80 El Universo observable p. 42/4 Conocemos el Universo? Ninguno de esos tres personajes ha sido estudiado en el laboratorio.

81 El Universo observable p. 42/4 Conocemos el Universo? Ninguno de esos tres personajes ha sido estudiado en el laboratorio. Tampoco han sido detectados en fenómenos astrofísicos.

82 El Universo observable p. 42/4 Conocemos el Universo? Ninguno de esos tres personajes ha sido estudiado en el laboratorio. Tampoco han sido detectados en fenómenos astrofísicos. Algunos candidatos tienen problemas de consistencia. (Por ejemplo, energía del vacío)

83 El Universo observable p. 42/4 Conocemos el Universo? Ninguno de esos tres personajes ha sido estudiado en el laboratorio. Tampoco han sido detectados en fenómenos astrofísicos. Algunos candidatos tienen problemas de consistencia. (Por ejemplo, energía del vacío) Y tampoco sabemos tratar la gravitación cuántica...

84 El Universo observable p. 43/4 Final Como toda ciencia que florece, la cosmología resuelve problemas viejos mientras plantea nuevos. Lo admirable no es que el Universo sea tan grande sino que el hombre haya sido capaz de medirlo. ANATOLE FRANCE El jardín de Epicuro