Curso de Cosmología. (tres sesiones:1/3) Jorge L. Cervantes Cota. Coordenadas Electrónicas:

Transcripción

1 Curso de Cosmología (tres sesiones:1/3) Jorge L. Cervantes Cota Coordenadas Electrónicas: II Reunión Colombo-Venezola de Relatividad y Gravitación, Armenia, Colombia, Octubre del 2007

2 Modelo estándar de cosmología y sus problemas Basado en: RG: + + escenarios físicos Principio cosmológico (E. Milne en 1933): El universo es homogéneo e isotrópico

3 Ecuaciones de FRW con :densidad p: presión k: curvatura (1922) Definamos: k c k ah 2 2 c 2 3H 8 G p Átomo primordial (1927)

4 Soluciones: universo plano Tipos de fluidos en el universo Big Bang

5 dinámica con k coincidencia?

6 CMB-1965 T = 2.7 Kelvin Georges Henri Lemaitre (1927) y George Gamov (1940s) tenían razón... Big Bang!!

7 CMB-COBE El universo es casi homogéneo e isotrópico COBE 1992 Big Bang caliente Confirmado!

8 Escenario físico: Entropía Conjunto de partículas y anti-partículas en equilibrio termodinámico física de partículas, termodinámica Para un fluido relativista:

9 Aniliquilación en equlibrio Para un gas ideal, el número de partículas: Aniquilación en equilibrio + fermiones - bosones

10 Nucleosíntesis Se forman los primeros elementos químicos del universo: H, He, Li, D

11 Elementos ligeros Nucleosíntesis b = 0.04 solamente!!...pero de la dinámica galáctica m = 0.3 Materia oscura es no bariónica! mo = m - b = =0.26

12 Galaxias

13 Materia oscura-galaxias-i Jan Oort (1930s) Faltante de materia 90% materia oscura

14 Materia oscura-galaxias- II

15 Materia oscura- clusters Fritz Zwicky (1930s) Los cúmulos orbitan por la gravedad y su masa es mayor que la parte luminosa (10%) 1960s: gas del medio entre cúmulos (5 veces más que la parte luminosa) mucha materia oscura m = 0.3

16 Cúmulos oscuros

17 Evolución de la densidad de partículas

18 Evolución

19 Problemas del Modelo Estándar El modelo estándar de cosmología es un modelo exitoso para explicar la física del universo hasta los tiempos de la nucleosíntesis. Sin embargo, con el correr de los años 70 s y en adelante, las teorías de partículas trajeron preguntas y escenarios que el modelo estándar no pudo explicar....veamos algunos de estos problemas.

20 Dimensionalidad Modos de oscilación en N-dimensiones y z x 3 dims + tiempo Geometría global: Euclideana?

21 Singularidad en el big bang

22 Homogeneidad e isotropía?

23 Horizonte-1 Horizonte causal (d H ): La región del espacio que se puede conectar con alguna otra se da a lo más a través de la velocidad de la luz. En universo con radiación Por otro lado, la manera en que evolucionan las escalas (de longitud) físicas se por

24 distancia Horizonte-2 a ~ t n d ~ t tiempo

25 Horizonte-3 Otra manera de ver el problema del horizonte es ajustando los tamaños de las escalas al principio del universo. Condiciones iniciales: y viendo su evolución: Entonces el tamaño de las escalas hoy en día...

26 Formación de estructuras

27 Asimetría de los bariones Porqué tenemos un universo hecho de materia y no de antimateria? Nucleosíntesis Esta cantidad debe ser fija si se conserva el número de bariones en el universo, según el modelo estándar de partículas...pero de dónde viene ese número? A.D. Sakharov (1967): Se necesitan 3 condiciones: i) Violación del número bariónico iii) Condiciones fuera del equilibrio ii) Violación de conjugación de carga (C), y conjugación de carga y paridad (CP) leptogénesis Campos magnéticos? expansión diferente?

28 La energía de vacío de los campos cuánticos Constante cosmológica Sumando todos los modos normales de algún campo de masa m, se obtiene M es una masa de corte, del orden de la masa de Planck Pero la medición de la expansión del universo implica: porqué?

29 Supernovas Ia m 0.3 Dinámica galáctica, cúmulos 0.3 m Inflación = 1.0 z a / a 1 h existe!!

30 Cúmulos de galaxias-2df

31 Supernova-2dF Diagrama de Concordancia R. P. Kirshner Science 300, (2003)

32 Energía oscura en clusters Science 21 May 2004: Vol no. 5674, p Observaciones de rayos X (izquierda) en cúmulos de miles de galaxias, como el cúmulo de Abell 2390, confirman la expansión acelerada del universo desde hace 6000 millones de años, z =1.7. z = 1 Q

33 Última dispersión WMAP 2006

34 Picos Doppler en la radiación m = 0.27, = 0.73 k = 0

35 WMAP: CURVATURA

36 Composición del universo El Universo esta hecho de: 1. Bariones 4 % 2. Fotones <1 % 3. Neutrinos <1 % 4. Materia oscura 22% 5. Nueva esencia 74% Quintaesencia?