Cosmología, o … ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dónde

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Cosmología
o . . . ¿dónde estamos,
de dónde venimos y a dónde vamos?
Andrés Aceña
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
La charla
• Algo de Relatividad General
• El universo y cómo recibimos información
• El principio copernicano
• La ley de Hubble
• Distribución de materia a gran escala
• Postulados del modelo cosmológico
• Modelos espacialmente isotrópicos
• Λ-CDM
• Cronología del universo
• Materia oscura, energía oscura y el futuro
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
Algo de Relatividad General
• Teoría que describe las interacciones gravitatorias.
• El universo es un espacio-tiempo.
• La materia determina la geometría del espacio-tiempo.
• La geometría del espacio-tiempo determina cómo se
mueve la materia.
• Materia + postulados cosmológicos → geometría del
universo.
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
Algo de Relatividad General
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
Algo de Relatividad General
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
El universo y cómo recibimos información
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
El universo y cómo recibimos información
Andrés Aceña
Cosmología, o . . . ¿dónde estamos, de dónde venimos y a dó
El principio copernicano
"Los seres humanos no son observadores
privilegiados del universo"
Andrés Aceña
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El principio copernicano
"Los seres humanos no son observadores
privilegiados del universo"
Carl Sagan: "¿Quiénes somos? Encontramos que vivimos en
un planeta insignificante de una estrella ordinaria perdida en
una galaxia metida en una esquina olvidada de un universo en
el cual hay muchísimas más galaxias que personas"
Andrés Aceña
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La ley de Hubble
Andrés Aceña
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La ley de Hubble
v = H0 D
H0 = 70
Andrés Aceña
km/s
Mpc
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La ley de Hubble
v = H0 D
H0 = 70
Andrés Aceña
km/s
Mpc
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Distribución de materia
Andrés Aceña
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Postulados del modelo cosmológico
• La Relatividad General es la teoría correcta para el
universo a gran escala.
• Principio cosmológico: el universo es espacialmente
homogéneo e isótropo.
Andrés Aceña
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Modelos espacialmente isotrópicos
Andrés Aceña
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Modelos espacialmente isotrópicos
"Materia fría" o "radiación incoherente"
Andrés Aceña
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Λ-CDM
Principios:
• La Relatividad General es la teoría correcta para el
universo a gran escala.
• Principio cosmológico: el universo es espacialmente
homogéneo e isótropo.
• El universo contiene "energía oscura".
• El universo contiene "materia oscura fría".
• Las partículas están descriptas por el Modelo Estándar.
• Hubo un periodo inflacionario.
Andrés Aceña
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Λ-CDM
Predicciones:
• Existencia y estructura del fondo cósmico de microondas
(CMB).
• La estructura a gran escala en la distribución de galaxias.
• Las abundancias de hidrógeno, helio y litio.
• La expansión acelerada del universo.
Andrés Aceña
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Λ-CDM
Andrés Aceña
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Λ-CDM
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Λ-CDM
Cosmic Microwave Background Spectrum from COBE
400
COBE Data
Black Body Spectrum
350
Intensity [MJy/sr]
300
250
200
150
100
50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Frequency [1/cm]
Andrés Aceña
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Λ-CDM
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Cronología del universo
Andrés Aceña
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Cronología del universo
Universo muy temprano (especulativo)
• Época de Planck: 0s − 10−43 s
¿Dónde está nuestra teoría cuántica de la relatividad?
Una sola fuerza fundamental.
• Época de la Gran Unificación: 10−43 s − 10−36 s
La fuerza gravitatoria se desacopla de las otras fuerzas.
• Época electrodébil: 10−36 s − 10−32 s
Se desacoplan las fuerzas fuerte y electrodébil.
• Época inflacionaria: 10−32 s - quien sabe
El universo multiplica su volumen por lo menos en un
factor de 1078 .
Al finalizar la etapa inflacionaria, el universo está lleno de
un plasma quark-gluon.
Andrés Aceña
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Cronología del universo
Universo temprano
• Época de Quarks: 10−12 s − 10−6 s
El bosón de Higgs adquiere un valor de expectación de
vacío, la fuerza débil y la electromagnética adquieren
diferentes rangos, las partículas que interaccionan con el
Higgs se vuelven masivas.
• Época hadrónica: 10−6 s − 1s
Se forman hadrones. Al final se desacoplan los neutrinos.
• Época leptónica: 1s − 10s
Los hadrones y antihadrones se aniquilan, dejando el
universo dominado por leptones. Al finalizar la época, la
mayoría e leptones y antileptones se aniquilan, dejando un
residuo de leptones.
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Cronología del universo
• Época fotónica: 10s − 380.000a
La energía del universo está dominada por fotones, que
interactuan fuertemente con el plasma.
• Nucleosíntesis: 3m − 20m
Se forman núcleos atómicos: deuterio, helio-4, y trazas de
otros núcleos livianos.
• Época dominada por materia: 70.000a
La materia oscura empieza a dominar la dinámica, lo que
permite el comienzo de la formación de estructura.
• Recombinación: 380.000a
Los electrones son capturados por los átomos, volviendo
el universo transparente a los fotones. Esto es el CMB.
• Época oscura: 380.000a − 400Ma
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Cronología del universo
Formación de estructura
• Reionización: 150Ma − 1.000Ma Se forman las primeras
estrellas y quasares, que ionizan el medio interestelar.
• Formación de estrellas.
• Formación de galaxias.
• Formación de grupos, clusters y superclusters.
• Formación del sistema solar: 9.000Ma
• Hoy: 13.800Ma
Andrés Aceña
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Cronología del universo
Final del universo
• Big Rip: > 30.000Ma
• Big Crunch: 100.000Ma
• Big Freeze:> 108 Ma
Andrés Aceña
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Materia oscura, energía oscura y el futuro
Andrés Aceña
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Materia oscura, energía oscura y el futuro
Andrés Aceña
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Materia oscura, energía oscura y el futuro
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