Cátedra Manuel Ancizar Albert Einstein creador de...
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Observatorio Astronómico Nacional
Facultad de Ciencias
Universidad Nacional de Colombia
Juan Manuel Tejeiro Sarmiento
Profesor Titular
Cátedra MutisAstronomía para todos
Retos modernos de una ciencia milenaria
Cosmología
Wednesday, November 25, 2009
Rafael 1510COSMOLOGIA MODERNA
Platón
Y
Aristóteles
Galileo
La naturaleza está escrita en lenguaje matemático
Wednesday, November 25, 2009
GALILEO LA LEY DE LA INERCIA
En el “vacío” dos cuerpos, independiente de su naturaleza, que parten del mismo punto, con velocidad cero caen al mismo tiempo, llegando al piso con la misma velocidad y pasan al mismo tiempo por todas las velocidades intermedias.
Aceleración constante
Wednesday, November 25, 2009
1609 Invención del telescopio
Carta de Jacques Badovere desde Holanda
El 7 de enero de 1610 descubre 4 lunas de Júpiter:Calixto, Europa, Ganímedes, Io y las fases de VenusPublica en Florencia el Sidereus Nuncius
Wednesday, November 25, 2009
Sir Isaac Newton 4 de enero 1643-31 de marzo 1727
Ley de caida de los cuerpos de Galileo y leyes de Kepler
Estrellas fijas
Universo estacionario
¿Cómo es posible?Wednesday, November 25, 2009
La óptica Empédocles y Euclides escribieron tratados sobre la luz. Propagación rectilínea, reflexión y refracción
René Descartes: Luz ondas de presión, en el eter
Newton: Anillos de luz. Teoría de partículas que siguen las leyes de la mecánica.
Huygens, Young, Fresnell (1818)
La luz como fenómeno ondulatorio
Medio de propagación
ETER LUMÍNICO
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Maxwell: La luz son ondas electromagnéticas
Se propagan en el vacío a velocidad
C=300.000km/s
•Luz•Ondas transversales•Éter•Medio de propagación•Eter = espacio absoluto•C = 300.000 km/s respecto al eter•Experimentos para medir la velocidad de la tierra respecto al eter 1905 Einstein
el ETER desaparece
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1905Sobre la electrodinámica de los
cuerpos en movimiento•Postulados
•Principio de relatividad
•La velocidad de la luz en el vacío es independiente de la fuente y el observador
Relatividad del espacio y el tiempo
Equivalencia Masa-EnergíaWednesday, November 25, 2009
Einstein 1911
•E=mc2 •Equivalencia entre masa inercial y masa gravitacional•Un campo gravitacional desvía la luz•a=2Gm/roc2
Ley de gravitación universal
Incompatible con
los postulados de la teoría especial de la relatividad
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Einstein 1915: Teoría General de la Relatividad
•Principio de equivalencia•Los cuerpos en caída libre siguen líneas “rectas” Geodésicas•La materia determina la geometría del espacio-tiempo
•Corrimiento del perihelio•Mercurio: •Df=43.03”/siglo•Desviación de la luz por el sol:•Da=1.75”•Eddington 1919: eclipse total de sol
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Einstein 1916
Cosmología
Principio cosmológico:
El universo es isotrópico y homogéneo
G=T(materia-energía)
No encuentra solución estática
Einstein busca resolver el problema planteado por Newton:
¿Porqué el universo es estático (estrellas fijas)?
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Einstein
G+Constante=T(materia)
Constante Cosmológica
Permitía una solución estática
Robertson y Walker
La solución estática de Einstein no es matemáticamente aceptable
Las soluciones estables de las ecuaciones de Einstein, con o sin constante cosmológica son dinámicas
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En 1924 Hubble le escribe a Shapley sobre una variable Cefeida en Andrómeda
El universo está conformado por galaxias
El gran debate
Herschel universos isla de Kant vs. Shapley: Una sola galaxia
Georges Lamaitre en 1927 relación de corrimiento al rojo en un universo en expasión. Se hablaba del átomo primordial y el gran ruido.
Fred Hoyle contradictor de esta teoría la llama “Big Bang”
Vesto Slipher en el observatorio de Percival Lowell estudia las nebulosas espirales y encuentra un persistente corrimiento al rojo de sus espectros, pero no encuentra explicación
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1929Efecto DopplerLey de Hubble
V = Ho DUniverso dinámico, como lo establecían las ecuaciones de Einstein
Constante cosmológica el mayor error
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El modelo estándar de la cosmologíaGamow 1948: Necleosíntesis,
predice la radiación cósmica de fondo
Penzias y Willson 1964: RCF ¿Cómo surgió la estructuraen gran escala del universo?
Wednesday, November 25, 2009
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La expandíón del universo la determina la densidad de materia ρ !
Densidad crítica=ρc
ρ < ρc
ρ = ρcρ > ρc
Problema
La edad del universo 13,6 My
Formación de estructura
Radiación de fondo
Inflación
Implican
Densidad del universo=1
Pero densidad observada<0.1Wednesday, November 25, 2009
Modelo estándar de de la cosmología antes de 1980
Problemas:
¿Porqué el universo es homogéneo?
¿Porqué el universo es plano? (densidad de materia = densidad crítica)
¿Porqué no se observan monopolos magnéticos?
Allan Guth 1980: Universo inflacionario
Densidad del universo = densidad críticaLa inflación explica la generación de estructura en un universo homogéneo
La inflación predice las fluctuaciones de la radiación cósmica de fondo
Densidad del universo observada
=
0.05 veces la densidad crítica
???????????Wednesday, November 25, 2009
Necesidad de la materiaOSCURA
Materia oscura
Materia fría?
Agujeros negros?
Materia exótica?
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Necesidad de la materiaOSCURA
Imagen eninfrarojo
Materia oscura
Materia fría?
Agujeros negros?
Materia exótica?
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Historia de la materia oscuraJeans Jeans y Jacobus Kapteyn 1922: Reportaron masa (estrellas negras) en el disco de la Vía Láctea
Fritz Zwicky 1933: postula DUNKLE MATERIE para mantener la estabilidad de los Cúmulos galacticos (COMA velocidad radial de dispersión de 1000km/s)
En la década de los 70
Materia oscura
Densidad de materia=
0.23
Lentes gravitacionales
Dinámica galáctica
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ENERGÍA OSCURAHistoria
Einstein 1915 introduce la constante cosmológica Λ para obtener un universo estático
Einstein en carta a Besso le comenta
“Puesto que el universo es único, no hay diferencia esencial entre considerar Λ como una constante la cual es peculiar a una ley de la naturaleza, o considerarla como una constante de integración”
Einstein 1930 desaparece la constante cosmológica: el universo se expande
Tolman considera modelos con Λ >0 y Λ <0
Zeldovich en 1966 interpreta Λ como la densidad de energía del vacío
Λ adquiere significado físico en el mundo cuántico pero su medida es gravitacional
Λ = densidad de energía (oscura)Wednesday, November 25, 2009
En 1992 las lentes gravitacionales determinan un valor no nulo para Λ
Entra Λ en la cosmología, pero su importancia se manifiesta con los trabajos de Riess et. al. 1998 y Perlmutter et. al. 1999
La IAU en Kyoto 1997
Densidad de materia ordinaria = 4 - 5%
Densidad de materia oscura = 23 - 25%
Densidad de energía oscura (Λ) = el resto = 70 - 73%
Bases observacionales: Estructura en gran escala
Formación de galaxias, Edades del universo y galaxias
Nucleosíntesis
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Sin embargo la astronomía observacional asumía Λ=0 hasta 1998
Riess et. Al. 1998 y Perlmutter et. al. analizando las supernovas del tipo Ia para altos corrimientos al rojo, determinaron que la expansión del universo se ha estado acelerando en los últimos 5.000 millones de años
Λ entra definitivamente en la astronomía observacional como la clave para explicar la expansión acelerada del universo.
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Modelo estándar de la cosmología después de 1980
En t=0 Big Bang
En t=10 -35 Segundos Inflación
t=3 minutos nucleosíntesis
Universo en expansión desaceleradaWednesday, November 25, 2009
Wednesday, November 25, 2009
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¿ Energía y materia oscura ? Quintaesencia
Constante cosmológica variable en el tiempoUniversos membrana, Cuerdas, materia exótica
Hubble Chandra R-X
Galileo
Herschel
James-Webb 2013 Magic de R-Gama Telescópio lunar
Planck
SpitzerWednesday, November 25, 2009