introdución a la cosmología i – {02-03-05} 1 introducción a la cosmología. i 1º: los...
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Introdución a la Cosmología I – {02-03-05} 1
Introducción a la Cosmología. I
1º: Los problemas de la Física en 1905 y 2005
2º: Cosmología. Visión general del Modelo Standard
3º: Ecuaciones básicas
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1905. Einstein y los Problemas de la Física
Los 5 artículos del ‘annus mirabilis’ Efecto Fotoelétrico (marzo) Nº Avogadro y dimensión moléculas (abril y tesis de
Julio) movimiento Browniano (mayo) Relatividad ‘Eldnm cuerpos movimiento.’ (junio) Inercia y Energía: E=mc2 (septiembre)
Los problemas en 1905 Éter (Michelson-Morley) – hoy ? Cuerpo negro: (Planck) –
MOND (a2/ a0 =MGr-2 a a0 ~ 10-8 cm/s2 )
Física cuántica Acción newtoniana a distancia
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2005. Los Problemas de la Física
La interpretación de la Mecánica Cuántica* El Modelo Standard de las partículas
fundamentales Los nuevos datos de la Cosmología de
Precisión El Principio Antrópico*
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La interpretación de la Mecánica Cuántica
La interpretación de la función de onda: Copenhague Bohm. Variables ocultas Everett
El colapso de la función de onda. El problema de la medición.
Los experimentos: Doble rendija Einstein-Podolsky-Rosen 1935 Bell
Localidad vs. Realismo El gato de Schroedinger Entrelazamiento Elección retardada...
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El Modelo Standard de las partículas fundamentales
El zoo de partículas y parámetros Pts. Elementales.jpg
La unificación de las interacciones La Unificación de las Interacciones.doc. Susy_en.jpg
Problemas de la Física de Partículas. Más allá del Modelo Standard.Problemas de la Física de Partículas en el 2005.doc
Sueños de una Teoría Final....
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El Modelo Standard de las partículas fundamentales
Sueños de una Teoría Final....
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Los nuevos datos de la Cosmología
SNIa: La expansión acelerada. El balance de energía: ¡DM y DE ! El origen de UHECR El Principio Antrópico*
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El Principio Antrópico
Carter, Barrow, Weinberg... Débil. Fuerte. Multiuniversos 4 tipos de infinitos universos:
Fuera de nuestro horizonte cosmológico
Burbujas postinflacionarias Everett. Pluralidad de
universos cuánticos Otras estructuras matemáticas
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Cosmología. Visión general del Modelo Standard CDM
Las preguntas clásicas Los pilares fundamentales Modelo Standard: Relatividad General +
Principio Cosmológico La Expansión DE: Energía oscura LSS: la Estructura del Universo: homogeneidad DM: Materia Oscura CMB: Radiación de fondo microondas BBN: Nucleogénesis Inflación III-temas.doc
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Las preguntas clásicas
Dimensiones y Geometría: planoR: 14-15 ·109 a.l.
Edad: 13.700 · 106 años Composición. Origen Origen de la materia y de las estructuras. Evolución y Final
Procesos.doc
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Los pilares fundamentales
Relatividad General. Einstein Principio Cosmológico. Einstein, Milne
Homogeneidad: LSS Isotropía: CMB, 10-5
Fluido Perfecto Expansión: Hubble 1929. Olbers CMB-2,725 ºK: Gamow, Penzias y Wilson 1964. BBN: 1H, 2D, 3He, 4He, 7Li. Gamow LSS: 2dFGRS + SDSS
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El Modelo Standard y otros modelos cosmológicos
Hot Big Bang + Inflación constante cosmológica CDM: Cold Dark Matter
Otros modelos- Estado Estacionario (Steady State). [Hoyle, Bondi,
Narlikar]
- Principio Cosmológico Perfecto Creación continua
- Fractalidad del Universo. [Pietronero]
- Constantes función del tiempo. G(t), c(t), (t). [Dirac, Barrow, Magueijo] . Webb 2000
- Luz cansada (Tired Light) tired light.JPG
- Newtoniano. Inestabilidad
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Modelo Standard: Relatividad General + Principio Cosmológico
Relatividad General Principio Cosmológico la métrica de Robertson-Walker fluido de galaxias Dinámica de Friedmann – Lemaître Datos actuales
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Relatividad General
Gravitación. Curvatura s-t. La curvatura del espacio-tiempo.doc
Principio de Equivalencia.El Principio de Equivalencia.doc
Las ecuaciones de campo
R- ½ gR = 8G T+g
: la constante cosmológica. Expansividad Riess y Perlmutter. SNIa 1998 p = - . El problema del vacío cuántico: 124 o.m. Weinberg.
Tests de Relatividad General. Tests de la RG.doc
Más allá de la Relatividad GeneralGravedad cuántica, loops, cuerdas, membranas
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El Principio Cosmológico
Isotropía. LSS + CMB (10-5)
Principio Copernicano: Homogeneidad Necesidad de la Inflación:
Planitud, horizonte, monopolos, magnetismo, LSS...
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La métrica de Robertson-Walker
PE+CP geometría del Universo métrica de Robertson-Walker
ds2 = + dt2 -a2(t) [dr2 / (1-kr2) +r(d2 + sen2 d2] Coordenadas comóviles. Comovil.JPG
El factor de escala a(t) Hub y Redshift.jpg
1+z obs/ em = aobs / aem
El camino de las geodésicas. comov y geod.jpg
dH: distancia física. 37a.jpg
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Las galaxias forman un fluido perfecto
CP + Fluido perfecto isotropía alrededor de los observadores comóvilesUn observador comóvil tendría un dipolo = 0 en las
anisotropías CMB
Vsolar= 370 km/s al CMB. tcósmico ttierra . (error 10-6 )
T = p g+(p+)uu
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Los modelos de Friedmann - Lemaître
Cinemática: métrica de Robertson-Walker Dinámica: Ecs. Einstein+CP:
Ecs Friedmann-Lemaître (incluye Conserv. Energía). 18.jpg
Hubble y el factor de escala: H = å / a; H0 =100hH(t) a(t) z
Ecuaciones de estado: pi = i i (i =1/3,0,-1) Densidad crítica c y paramétro densidad i 18.jpg
Ecs Friedmann-Lemaître con i
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Los Datos Actuales
M 0.27
0.73
H0 = 100 h km s-1 Mpc-1; h 0.72 (Freedman)
t0 = 13,7 · 109 años
dH = 14 a 15000 Mpc
El déficit de materia bariónica: la materia oscura DM La época de la materia y la época de la radiación 19.jpg
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La Expansión. Hubble
v=H dfísica exacta de la métrica coherente con la homogeneidad Hub y Redshift.jpg
Hubble 1929: z = H0 dL Hubble-1929.JPG RW : H0 dL (z) = z + ½ (1- q0) z
2 + .... (q -a ä / a2 )
Medida de H0 y q0 Standard candles. HST 1990. (Freedman)
la escala cósmica de distancias paralaje trigonométrico cefeidas hasta 400 Mpc: a) Tully-Fisher b) brillo elípticas
c) brillo superficial d) SNIa e)SNII f)CMB
H0 = 72 ± 8 km s-1 Mpc-1
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DE: Energía Oscura
SNIa q0 < 0 SN Clasificación.JPG Supernovas.jpg
1998: HZT (Riess) y SCP (Perlmutter) Universo acelerado.
más débil, más lejos, dLmayor (20), q0 < 0 , acel > 0 energía en forma < -1/3 [ = -1] q = ½ M - M 0.27, 0.73
Época de deceleración anterior. Riess 2004 Campos de quintaesencia, incluso (t)
1.02 Cte. cosmológica Debilitamiento de la gravedad por debilitamiento en otras
dimensiones ? (cuerdas)
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LSS: La estructura del Universo
Tendencia al agrupamiento escalas galácticas (10kpc): / 102 Clusters ; Superclusters ( 10 Mpc); cadenas, redes, burbujas Homogeneidad (1000 Mpc)
Origen y crecimiento: inflación y gravitación El problema de la formación
escala de Jeans; bariones acoplados a fotones
/ T/ T 10-5 en CMB ; adesacoplo / a0 10-3
no da tiempo alcanzar el régimen no lineal: / 1 Necesidad de DM
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LSS: La estructura del Universo
1Mpc = 3.26 106 años luz
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DM: Materia Oscura
Necesidad de DM: déficit de bariones para formar las galaxias déficit de materia luminosa en galaxias. Zwicky déficit de materia luminosa y bariónica cosmológicas
lum 0.006 < B 0.044 < M 0.27
Hot Dark Matter: pico FS, límite a masa neutrinos Cold Dark Matter: probl. Escalas subgalácticas k=0 ; CDM
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DM: Materia Oscura bariónica y no bariónica
1) DM bariónica. Dificultades Nubes calientes o frías de H MACHOs
2) DM no bariónica Neutrinos masivos (ligeros; pesados) Modificaciones ‘g’ a largas distancias. Nueva física MOND (Milgrom): a2/ a0 =MGr-2 a a0 ~ 10-8 cm/s2 WIMPS
Axiones Wimps. Neutralino. Partículas SUSY Experimentos de detección: directa e inderecta
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CMB: Radiación de fondo de microondas
Expansión: fase caliente y densa. La recombinación
Experimentos
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CMB: Radiación de fondo de microondas
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CMB: Análisis y Anisotropías
Análisis Armónicos esféricos: T() = alm Ylm () El monopolo de la Tª media: 2,725 ºK El dipolo del mov. Sistema Solar: v=368 km/s
¿Michelson – Morley? ¿y la SR?
Anisotropías intrínseca C() (T (n) / T) · (T (n’) / T) = [(2l+1)/ 4] Cl Pl (cos ) Coeficientes Cl : espectro de potencia angular Mecanismos físicos diferentes a escalas = / l .
Radio comóvil rH en el desacoplo. ~ 0,86 1/2 . El problema del horizonte: necesidad de la inflación
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CMB: Radiación de fondo de microondas
Anisotropías
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CMB: Zonas del espectro
Zonas de Cl 1. Sachs Wolfe: l 100 2. Los picos armónicos
1º: geometría k=0, =1,02 =M+
alturas relativas 1º y 2º: B , 10 =6,14 (y BBN) alturas relativas 1º+2º+3º: M
H0 h 0.71 WMAP 3. La cola amortiguada (espesor z: Silk damping
+ lentes gravitacionales) Polarización. (scattering e- fotón) Ondas gravitacionales en la inflación?
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BBN: Bariogénesis
BBN con CMB: b / ~ 10-9 - 10-10 ¿Por qué hay tan pocos bariones?
No aparece antimateria en:S.Solar, rayos cósmicos, no se ven antinúcleos, ni concentraciones
galácticas, ni CMB distorsionado
Asimetría cósmica: 1q por 109 par q-q’ Condiciones Sakharov
Violación C (1957) + Violación CP (1964) Fuera de eq. Térmico: GUT (10-36) ,EW (10-10) o final de
la Inflación Violación B, característica GUT.
No StModelo, más bien SUSY Mecanismos:Desintegración bosones GUT o neutrinos pesados
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BBN: Nucleogénesis
La pista:He 24% + H 76%(Galaxia 1010a: 1%He)
BBN espera a que el Universo se enfríe 1-0,1 Mev: fotones 109 destruyen nucleos para altos Mev. BBN.jpg n+p d + (cuello de botella del deuterio) d+d 4He + (o a través de 3H y 3He) 4He + 3He (3H) 7Li
No más: núcleos no estables ó barrera culombiana para altos A y el Universo se enfriaba: cuando hubo 4He ya no se pasó a 12C
El relevo de las estrellas (Hoyle) 4He + resonancia de dos 3He 12C más pesados
Friedmann ( y T) + Pts Elementales BBN n/p ~ 1/6, 1/7 ; D 25% He ; D/H ~ 1-7 10-5 ; Li/H ~ 0,6-4 10-10
He depende de T y D es función de
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Inflación
Problemas la planitud El horizonte Los orígenes de la estructura
(las semillas primordiales) Los monopolos supermasivos predichos Otros defectos El magnetismo cósmico. magntgen.jpg
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Ecuaciones básicas. Expansión
Problemas del Universo Newtoniano 34a.jpg
Paradoja de Olbers Inestabilidad e Infinitud
Expansión, Constante de Hubble y coordenadas comóviles 34b.jpg
El desplazamiento z
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Ecuaciones básicas. Cosmología
Ecs.cosmológicas desde Gr.Newtoniana Ecs. Friedmann 35a.jpg 35b.jpg
Ecs. del Fluido 35c.jpg 35d.jpg
Aceleración 35e.jpg 35f.jpg
Soluciones: Ecs. Fluido: 35g.jpg 35h.jpg
Ecs. Friedmann: a 35i.jpg
(t) 35j.jpg
H(t)
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Ecuaciones. Modelos sencillos
Modelos sencillos Materia 36a.jpg
Radiación 36b.jpg
Materia y radiación 36c.jpg
Geometría y destino 36d.jpg
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Ecuaciones básicas. RG Cosmología
Ecs. Cosmológicas desde Relatividad General
Ecuaciones de Einstein 37a.jpg
Métrica de Robertson-Walker dH lH tH
Ecuaciones de Einstein con 37b.jpg
y geometría 37c.jpg
Ecuaciones del enfriamiento 37d.jpg
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Ecuaciones básicas. Inflación
Universo Inflacionario Problemas del Hot Big Bang
Planitud 38a.jpg
Horizonte 38b.jpg
Monopolos Origen de las estructuras Magnetogénesis magntgen.jpg
La inflación como solución 38c.jpg
El campo inflacionario 38d.jpg
Reheating y formación de estructuras 38e.jpg
Introdución a la Cosmología I – {02-03-05} 39
¿Alguna pregunta ?
Introdución a la Cosmología I – {02-03-05} 40
pues a descansar un poco...