Post on 08-Dec-2018
* Escola de Inverno de Campos, Cordas e Cosmologia, IF-UFRJ, Rio de Janeiro, RJ (09-13/07/2007)** http://www.if.ufrj.br/~orca/
A radiao csmica de fundoou
o palimpsesto csmico*Maurcio O. Calvo**
IF - UFRJ
Um palimpsesto um manuscrito no qual um texto prvio foi apagado e o velino ou pergaminho reutilizado para outro manuscrito. Era prtica comum, particularmente em crculos eclesisticos medievais, apagar uma pea de escrita anterior por intermdio de lavagem ou raspagem do manuscrito, a fimde prepar-lo para um novo texto.
O motivo para fazer palimpsestos parece ter sido amplamente de cartereconmico a reutilizao do pergaminho era mais barata do que a preparao de uma nova pele. Um outro motivo parece ter sido ocasionadopelo desejo de representantes da Igreja de converter o escrito grego pagosobrepondo-lhe a palavra de Deus.
Os historiadores modernos, geralmente interessados nos escritos mais antigos, empregam tcnicas digitais ou de infra-vermelho de reforo para recuperar o texto apagado, freqentemente com resultados notveis.
palimpsesto (do grego: palin = de novo + psen = raspar)
[http://www.iath.virginia.edu/elab/hfl0243.html]
1. HISTRIA DO UNIVERSO2. A DESCOBERTA DA RCF3. RADIAO 4. O CARTER TRMICO DA RCF5. AS ANISOTROPIAS DA RCF6. EQUAES DE EINSTEIN-BOLTZMANN
PERTURBADAS7. OSCILAES ACSTICAS8. A POLARIZAO DA RCF9. O FUTURO
PLANO DE APRESENTAO
1. HISTRIA DO UNIVERSO
Exerccio!
Exerccio!
Exerccio!
Exerccio!
2. A DESCOBERTA DA RCF
2.1. COSMOLOGIA NO INCIO DA DCADA DE 1960
Modelo (teoria) do estado estacionrio
H. Bondi (1919-2005) T. Gold (1920-2004) F. Hoyle (1915-2001)
Modelo (teoria) do Big Bang
A. Einstein (1879-1955) W. de Sitter (1872-1934) A. A. Friedmann (1888-1925) G. E. Lematre (1894-1966)
R. C. Tolman (1881-1948) G. Gamow (1904-1968) R. A. Alpher (1921-) R. Herman (1922-1997)
Big bangEstado estacionrio
cosmonucleossnteseprimordial de elementosleves: Gamow (1946)
fase inicial quente (RCF):Alpher e Herman (1948)
evoluo
princpio cosmolgico perfeito;estacionariedade (Bondi; Gold e Hoyle)
criao de matria
2.2. OPORTUNIDADES PERDIDAS
excitao de molculas interestelares de CN:W. S. Adams (1941)A. R. W. McKellar (1941)G. Herzberg (1950)
pesquisa em radar de curto comprimento de onda:R. H. Dicke (1946)
trabalho anterior nos Laboratrios Bell:E. A. Ohm (1961); interpretao errnea por A. G. Doroshkevich, I. D. Novikov & Ya. B. Zeldovich
descoberta: A. A. Penzias e R. W. Wilson, em 1964, dos Laboratrios Bell
Prmio Nobel de Fsica de 1978, compartilhado com P. Kapitsa
2.3. A DESCOBERTA EM SI
A. A. Penzias (1933-) R. W. Wilson (1936-)
W P
interpretao:R. H. Dicke, P. J. E. Peebles, P. G. Roll e D. T. Wilkinson, em 1964, da Universidade de Princeton
R. H. Dicke (1916-1997) P.J.E.Peebles (1935-)
D. T. Wilkinson (1935-2002)P. G. Roll (?-?)
Exerccio!
3. RADIAO
3.1. FUNO DE DISTRIBUIO
nmero de ocupao
Exerccio!
Exerccio!
3.2. DISTRIBUIO DE PLANCK
Exerccio!
PW
Exerccio!
lei do deslocamento de Wien:
lei de Stefan-Boltzmann:
regime clssico de Rayleigh-Jeans (catstrofe do ultravioleta): baixas freqncias
regime de Wien: altas freqncias
Exerccio!
Exerccio!
Exerccio!
Exerccio!
4. O CARTER TRMICO DA RCF
4.1. TERMALIZAO
Processos de termalizao exigem a no conservao do nmerode ftons: espalhamento Compton duplo e Bremsstrahlung
Os processos principais de interao da radiao com a matrianas primeiras centenas de milhares de anos so:
espalhamento Compton:
espalhamento Compton duplo(ou radiativo):
espalhamento de Coulomb (ou livre-livre ou Bremsstrahlung):
[G. Smoot (1997)]
4.2. PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS
O satlite COBE (Cosmic Microwave Background Explorer):
Custo: US$ 600 M Massa: 2265 kgTamanho: 5,49 m de comprimento
2,44 m de dimetroLanamento: 18 de novembro de 1989 Atividade: ~ 4 anos
Instrumentos: FIRAS (Far Infrared Absolute Spectrometer): DMRs (Differential Microwave Radiometers): DIRBE (Diffuse Infrared Background Experiment): procura daradiao csmica de fundo em infravermelho; 10 bandasfotomtricas, de 1,25 at 240
J. C. Mather (1946-)
Prmio Nobel de Fsica de 2006, compartilhado com G. F. Smoot III
FIRAS (Far Infrared Absolute Spectrometer):comparao do espectro da RCF com um corpo negro preciso; observao de emissoem poeira e linha [interfermetro polarizantede Michelson]
[Smoot (1999)]
9 minutos de observao!
[apud E. L. Wright (1998)]
medies de UBC
medies de FIRAS
medies de LBNL/Itlia
Todas as outras medies
Penzias e Wilson
[G. F. Smoot (1999)]
dados do FIRAS com barras de erro de 10dados de balo e solodados de CN e ARCADEcorpo negro de 2,725 K
[E. L. Wright (2005)]
Penzias e Wilson
5. AS ANISOTROPIAS DA RCF
cone de luzdo passado
(agora,aqui)
tima camada de espalhamento
[F. R. Bouchet & R. Gispert]
5.1. CLASSIFICAO CRONOLGICA
[M. Tegmark (1995)]
1. Ftons espalhados pela ltima vez a partir de um poo de potencialexperimentam um desvio para o vermelho gravitacional , conformesobem para fora do poo:
5.2. EQUAO BSICA CARICATURAL DAS ANISOTROPIAS
2. Ftons espalhados pela ltima vez por matria cuja velocidade peculiar aponta para longe de ns sofrem um desvio para o vermelhocinemtico :
3. Ftons que emergem de uma regio sobredensa, portanto intrinsecamentemais quentes , tm uma temperatura observada maior :
[W. Hu (1997)]
4. No regime linear, durante a dominao da matria, supondoque a curvatura espacial possa ser desprezada, o sobrepotencial estacionrio e o chamado efeito Sachs-Wolfe integrado se anula. Caso contrrio, se o poo de potencial se aprofunda com o tempo , obviamentehaver um deslocamento efetivo para o para o vermelho
:
aproximao linear
5.3. ESPECTRO DE POTNCIA
Exerccio!
ANALOGIA: SRIE DE FOURIER (EM UM CRCULO)
MAPAS ESPECTROS DE POTNCIA
[C. Lineweaver (1997)]
Plateau de Sachs-Wolfe (super-Hubble)
Picos acsticos Cauda de atenuao
5.4. OBSERVAES
6 DMRs (Differential Microwave Radiometers):mapeamento, a resoluo angular de (FWHM), da radiao csmica de fundo emmicroondas, nas freqncias de 31.5, 53 e 90 GHz [cornetas separadas de ]
G. F. Smoot III (1945-)
Prmio Nobel de Fsica de 2006, compartilhado com J. C. Mather
O satlite COBE (Cosmic Microwave Background Explorer) [cont.]:
Exerccio!
[E. L. Wright]
O satlite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe):
Custo: US$ 150 M Massa: 840 kgLanamento: 30 de junho de 2001Atividade:Faixas de observao: 22 (13,6), 30 (10,0), 40 (7,5), 60 (5,0), 90 GHz (3,0 mm)Resoluo (FWHM):
[E. L. Wright]
[WMAP: C. L. Bennett et alii (2003)]
[CBI: A. C. S. Redhead et alii (2004)]
6. EQUAES DE EINSTEIN-BOLTZMANN PERTURBADAS
espao (de fundo) chato:
perturbaes escalares no calibre conforme newtoniano:
6.1. CONTEXTO
6.2. EQUAO DE BOLTZMANN
ftons:
6.3. CONTEDO MATERIAL
equaes dos multipolos:
Exerccio!
neutrinos:
brions (eltrons, prtons, ncleos):
matria escura fria (CDM):(CDM):
constante cosmolgica
6.4. CAMPO GRAVITACIONAL
7. OSCILAES ACSTICAS
7.1. EQUAES BSICAS
hipteses adicionais:
7.2. SOLUO PARA E
Exerccio!
7.3. ANLISE FSICA (W. HU)
A compresso do fluido, atravs da queda gravitacional, sofre a oposio da presso dos ftons, estabelecendo oscilaes acsticas. Sem brions, o desvio para o azul dos ftons durante a queda igual e oposto ao desvio para o vermelho na sada do poo, levando a oscilaessimtricas em torno do zero, com um efeito Doppler (cinemtico) de igual magnitude masdefasado de 90 graus.
Os brions aumentam a massa do fluido, causando um deslocamento do ponto zero dasoscilaes. Alm disso, a velocidade do som diminui. Isto tem dois efeitos: os brions fazem com que as oscilaes procedam mais lentamente e tambm reduzem a contribuio Doppler (cinemtica) para , em relao s contribuies intrnseca e de Sachs-Wolfe.
9. O FUTURO
O satlite Planck:
Massa: 1500 kgTamanho: 4,5 m de comprimento
e 4,0 m de larguraLanamento: 31 de julho de 2008Durao nominal: 15 mesesTelescpio: 1,5 m
A radiao csmica de fundo ouo palimpsesto csmico*1. HISTRIA DO UNIVERSO2. A DESCOBERTA DA RCF3. RADIAO 4. O CARTER TRMICO DA RCF5. AS ANISOTROPIAS DA RCF6. EQUAES DE EINSTEIN-BOLTZMANN PERTURBADAS 7. OSCILAES ACSTICAS9. O FUTURO