COSMOLOGÍA.

COSMOLOGÍA.

COSMOLOGÍA MODERNA. Platón y Aristóteles. Galileo. La naturaleza está escrita en lenguaje matemático. 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. 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 Venus Publica en Florencia el Sidereus Nuncius. Sir Isaac Newton. 4 de enero 1643-31 de marzo 1727. Ley de caída de los cuerpos de Galileo y leyes de Kepler. Estrellas fijas. Universo estacionario ¿Cómo es posible? La óptica. Empédocles y Euclides escribieron tratados sobre la luz. Propagación rectilínea, reflexión y refracción. René Descartes: Luz ondas de presión, en el éter. 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: Éter Lumínico. Maxwell: La luz son ondas electromagnéticas. Se propagan en el vacío a velocidad C=300.000km/s. 1905 Einstein el Éter desaparece. 1905 Sobre 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-Energía. 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. 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. Einstein 1916 Cosmología. Einstein busca resolver el problema planteado por Newton: ¿Porqué el universo es estático (estrellas fijas)? Principio cosmológico: El universo es isotrópico y homogéneo G=T(materia-energía).No encuentra solución estática. 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. El gran debate. Herschel: universos isla de Kant vs. Shapley: Una sola galaxia. En 1924 Hubble le escribe a Shapley sobre una variable Cefeida en Andrómeda. El universo está conformado por galaxias. 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. Georges Lamaitre en 1927 relación de corrimiento al rojo en un universo en expansión. Se hablaba del átomo primordial y el gran ruido. Fred Hoyle contradictor de esta teoría la llama “Big Bang”. 1929 Efecto Doppler. Ley de Hubble. V = Ho D. Universo dinámico, como lo establecían las ecuaciones de Einstein. El modelo estándar de la cosmología. Gamow 1948: Necleosíntesis, predice la radiación cósmica de fondo. Penzias y Willson 1964: RCF ¿Cómo surgió la estructura en gran escala del universo? Modelo estándar de de la cosmología antes de 1980. Problemas: ¿Por qué el universo es homogéneo? ¿Por qué el universo es plano? (densidad de materia = densidad crítica) ¿Por qué no se observan monopolos magnéticos? Allan Guth 1980: Universo inflacionario. Densidad del universo = densidad crítica. La 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. Necesidad de la materia oscura. Historia de la materia oscura. Jeans 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 galácticos (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. Energía Oscura. Historia. 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. Λ entra definitivamente en la astronomía observacional como la clave para explicar la expansión acelerada del universo. 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 desacelerada. ¿Energía y materia oscura? Quintaesencia. Constante cosmológica variable en el tiempo. Universos membrana, Cuerdas, materia exótica. Los telescopios del pasado, presente y futuro: Galileo, Hubble, Chandra R-X, Spitzer, Herschel, Planck, James-Webb 2013, Magic de R-Gama, Telescopio lunar.

LOS TRES PRIMEROS MINUTOS DEL UNIVERSO.

LOS TRES PRIMEROS MINUTOS DEL UNIVERSO.

Edwin Hubble- Universo en Expansión. En 1929 Edwin Hubble descubrió que las galaxias se expanden entre sí con una velocidad que es proporcional a la distancia relativa entre ellas. Abundancia de elementos ligeros. Nucleosíntesis en el Universo temprano. Los núcleos de los elementos más pesados se crean a partir de la fusión de los núcleos de elementos más ligeros, lo cual sucede en la evolución cosmológica tres primeros minutos después del Big- Bang. En particular se predice una abundancia del 24 % de Helio en la materia ordinaria, lo cual coincide con las observaciones. Radiación Cósmica de Fondo. Universo temprano muy caliente se fue enfriando con su expansión. El Universo es un cuerpo negro perfecto. Descubrimiento de la radiación cósmica de fondo Robert Wilson y Arnold Penzias en los Laboratorios de la Bell Telephone (1965). Radiación predicha por George Gamow en 1948. Estructura a gran escala de Universo. Modelo estándar cosmológico. Soportado en:*Expansión del Universo (Alexander Friedmann 1922- George Lemaître 1930): confirmada por WMAP en 2002 con valor de 22 Km/seg por cada millón de año luz de distancia. *Edad finita del Universo (Friedman 1922- Lemaître 1930): estimada por WMAP en 2002, para una edad de 13600 (300) millones de años. *Radiación Cósmica de Fondo (George Gamow 1948): confirmada por COBE en 1990, midió temperatura del universo de 2.725 (1) K. *Abundancia de elementos ligeros (George Gamow 1946): medido en espectros estelares 75% H, 24 % He, De, Li. Anisotropía de la Radiación Cósmica de Fondo. Cosmic Background Explorer (COBE 1992). Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP 2002). Modelo estándar cosmológico. Problemas no explicados antes de 1981. *Problema de planitud. *Problema de horizonte. *Problema de reliquias. Estos problemas fueron resueltos con la introducción de una. Etapa Inflacionaria del Universo (Alan Guth 1981) *El Universo se expande exponencialmente en un lapso de tiempo muy pequeño y cercano al Big Bang. *La expansión es dominada por la densidad de energía del vacío. *Se puede entender origen de estructura a gran escala. *Se explica anisotropía de la Radiación Cósmica de Fondo. Principales etapas de la evolución cosmológica. Principales etapas durante los tres primeros minutos del Universo. Otros aspectos que se pueden considerar: Transiciones de Fase Cosmológicas - Propagación de partículas en el plasma primordial. Anisotropía de la Radiación Cósmica de Fondo. Satélite Planck: Fue lanzado el 14 de mayo de 2009. Resolución de hasta 0.00001 K y diez veces más resolución angular que WMAP. Existencia de la antimateria. 1928 (1930) Paul Dirac. Formulación de la teoría relativista del electrón. Predicción de la existencia del positrón. 1931 Cámara de burbujas Creación de par electrón-positrón. Carl David Anderson. Descubrimiento del positrón. 1935 Descubrimiento del muón en experimento de rayos cósmicos. Electrodinámica Cuántica. Década de los cincuenta, Siglo XX. Sin-Itiro Tomonaga, Julian Swinger y Richard Feynman. Formulación de la teoría cuántica relativista del electromagnetismo (Electrodinámica Cuántica). Usan: Teoría Cuántica de Campos, Simetría U(1) electromagnética y Principio gauge. Modelo Estándar Electrodébil. Década de los sesenta, Siglo XX. Sheldon Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam. Formulación del modelo estándar de unificación de las INTERACCIONES NUCLEAR DÉBIL Y ELECTROMAGNÉTICA (MEE). Usan: Teoría Cuántica de Campos, Simetría SU (2) x U(1), Principio gauge y mecanismo de Higgs. Cromodinámica Cuántica. Década de los setenta, Siglo XX. David Gross, David Politzer y Frank Wilczek. Descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte, es decir en la Cromodinámica Cuántica, teoría gauge de la interacción fuerte entre quarks y gluones basada en la simetría SU (3) del color. Oscilaciones de Neutrinos. 2001 SuperKamiokande: laboratorio en mina a 1 Km de profundidad, Hidu, Gizu (Japón). 50 Mil Toneladas de agua. Neutrino capturado= emisión de radiación de Cherenkov. Neutrinos masivos. Gran detector en el laboratorio de Gran Sasso, en Italia (cerca de Roma), donde se reciben neutrinos generados en el CERN a unos 730 Km. Búsqueda de algunas respuestas: GRAN COLISIONAOR DE HADRONES (LHC). Conclusiones: Etapa dorada de la cosmología. Satélite Planck es el LHC de la cosmología. Muchos problemas por resolver. La física del plasma primordial del Universo en los tres primeros minutos un reto para la física. Imposibilidad de validar experimentalmente modelos de altas energías a la escala de Planck.

LA RADIACIÓN CÓSMICA DE FONDO.

LA RADIACIÓN CÓSMICA DE FONDO.

Actores del drama (1915 - 1930)
Albert Einstein. El astrónomo Holandés Willem de Sitter. El matemático y meteorólogo ruso Alexandre Friedman. El sacerdote Belga Georges Lemaitre.
Composición química de las estrellas Hidrógeno(75%) deuterio Helio(25%) Litio
George Gamow, gracias a él la física nuclear y la cosmología empiezan a trabajar juntos y el Big Bang comienza a tomarse en serio.
La propuesta de Gamow, Alpher, y Herman: Universo en el pasado: sopa de partículas caliente y densa. A un tiempo t = 380,000 años el universo primigenio pasó de ser un plasma opaco a un medio donde la luz se propaga libremente comienza el proceso de condensación de materia (inestabilidad gravitacional).
Descubrimiento de la Radiación Cósmica de Fondo (RCF) Penzias y Wilson 1965
Satélite COBE -- Explorador del fondo cósmico. Radiómetro a bordo del COBE. Frecuencias: 31,5 GHz (9,5 mm). 53 (5,7). 90 (3,3). Antenas cónicas (diferenciales) a bordo de COBE para captar la RCF.
Proyecto GEM del Observatorio Astronómico Nacional en Villa de Leyva Colombia.
Sonda espacial Wilkinson (WMAP)
Predicción de anisotropías por Andrei Sakharov 1965. Las mediciones del espectro angular de potencia determinan los parámetros del modelo cosmológico.
Parámetros cosmológicos.
¿De que esta hecho el universo?
Hoy: Energía oscura 72%. Materia oscura 23%. Átomos 4.6%.
Hace 13.7 billones de años: Materia oscura 63%. Fotones 15%. Átomos 12%. Neutrinos 10%.