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EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN
Universidad Popular de Tres Cantos
José Aceituno
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NGC 2467
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Nebulosa de Orión
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Nebulosa cabeza de caballo
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Supernova de Vela
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Nebulosa del cangrejo
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Nuestra galaxia: Vía LacteaPanorámica de 3600 desde Cerro Paranal (Chile)
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SOL
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Cúmulo de galaxias en Virgo
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Entre 1924 y 1929 el astrónomo
americano Edwin Hubble estudia
la distancia a otras galaxias y calcula
su movimiento relativo.
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EL UNIVERSO EN EL MOMENTO ACTUALEL UNIVERSO EN EL MOMENTO ACTUAL
• Universo en expansión: las galaxias distantes se alejan.
• Su luz se nos muestra con corrimiento al rojo.
• La velocidad de alejamiento es proporcional a la distancia.
Ley de Hubble: v = H0 . D
H0 es la constante de Hubble.
valor actual 71 ± 4 km/s/Mpc.
Sol Galaxia
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TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO
Modelo de estado estacionario: El universo tiene la misma apariencia
a gran escala, desde cualquier sitio y en cualquier época.
Teoría del big bang: El universo se originó a partir de una singularidad
espacio-temporal de densidad infinita y no ha dejado de expandirse
desde entonces.
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La teoría del Big-bang quedó comprobada con la observación
de la radiación de fondo de microondas o radiación del fondo cósmico
LA LUZ MÁS ANTÍGUA DEL UNIVERSO
Tiene una frecuencia de 160,2 Ghz. y una longitud de onda de
1,9 mm. (gama de microondas).
Corresponde a la radiación de cuerpo negro a 2,7250K
Imagen de la medición de la radiación de fondo obtenida por el satélite COBE
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LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
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ESPECTRO DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
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ESPECTRO DE RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO
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Imagen obtenida por el satélite COBE con finas diferencias de temperatura
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La edad del universo es aproximadamente de
13.700 millones de años
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LOS COMPONENTES DE LA MATERIA (I)
MOLÉCULAS ÁTOMOS
Átomos unidos por
Fuerzas eléctricas
•Protones y neutrones
Unidos por la fuerza fuerte
•Electrones unidos al núcleo por
la fuerza electromagnética
El tamaño del núcleo es 100.000
veces menor que el del átomo.
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LOS COMPONENTES DE LA MATERIA (II)
Estructura en quarks de
un neutrón.
Los quarks están unidos
por la fuerza fuerte
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Energia oscura 70%
Materia oscura 25%
Materia ordinaria
luminosa 0,5%
Materia ordinaria no
luminosa 4,5%
Distribución materia-energía en el universo
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R
V
M
V2 =GM/R
Existencia de materia oscura
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Efecto de lente gravitacional
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LAS EDADES DEL UNIVERSO
10-35 = 0,00000000000000000000000000000000001
Temperatura
1026 oK 1014 oK 109 oK 3.000 oK
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LAS EDADES DEL UNIVERSO
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LOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS:
una herramienta para la cosmología
Son dispositivos que utilizando campos electromagnéticos
aceleran partículas subatómicas con carga eléctrica, hasta
alcanzar grandes velocidades.
La colisión de estas partículas entre si o contra otras libera
una energía que se traduce en la creación de nuevas partículas y
emisión de fotones muy energéticos.
Pueden ser de baja o alta energía.
Los de alta energía permiten estudiar, en términos relativos, las
condiciones del universo próximas al Big-bang.
Pueden ser lineales o circulares.
Unidad de energía utilizada el electrón-voltio (eV): energía que
toma un electrón cuando es acelerado bajo la diferencia de
potencial de un voltio.
1MeV=106 eV ; 1GeV=109 eV ; 1TeV=1012 eV
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ESQUEMA ACELERADOR LINEAL
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ACELERADORES CIRCULARES1.- El ciclotrón
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ACELERADORES CIRCULARES2. El sincrotrón
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Acelerador y colisionador LHC
Acelera haces de protones hasta alcanzar
una velocidad 99,99% de la de la luz.
Cada protón alcanza una energía de 7 TeV
que al chocar con otro en sentido contrario
libera 14 TeV
Puede acelerar iones pesados (plomo) y
alcanzar mayores energías.
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ESQUEMA ACELERADOR LHC
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Problemas para avanzar en el conocimiento
del modelo del “Big-bang”
Conseguir una teoría que contemple de forma unificada a
todas las fuerzas fundamentales (teorías de la gran unificación).
Adaptar las teorías de la Relatividad y Mecánica Cuántica a
las especiales condiciones del “Big-bang”
Construir aceleradores más y más energéticos.
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Fuerzas fundamentales (interacciones)
FuerzaRelativa
Alcancemetros
1 ∞
1036 ∞
1025 10-17
1038 10-15
Fuerza de gravitación
Fuerza nuclear fuerte
Fuerza electromagnética
Fuerza nuclear débil
Fuerza electrodébil
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Agujero Negro
Horizonte de sucesos
El espacio-tiempo se alabea en presencia de una masa
(Teoría general de la relatividad- A. Einstein))
“La masa le dice al espacio cómo ha de curvarse, y
el espacio le dice a la masa cómo ha de moverse”
John Wheeler
¿Es la gravedad una fuerza, o una deformación del espacio-tiempo?
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10-15 m. 10-17 m.
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EL FUTURO DEL UNIVERSO
¿Freno de la expansión – contracción? – Big Crunch.
¿Expansión constante y enfriamiento paulatino?
¿Aceleración no lineal de la expansión? – Big Rip.
ENERGÍA OSCURA
Energia oscura 70%
Materia oscura 25%
Materia ordinaria
luminosa 0,5%
Materia ordinaria no
luminosa 4,5%