EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN Universidad Popular de Tres Cantos José Aceituno.

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1 EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN Universidad Popular de Tres Cantos José Aceituno

2 NGC 2467

3 Nebulosa de Orión

4 Nebulosa cabeza de caballo

5 Supernova de Vela

6 Nebulosa del cangrejo

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10 Nuestra galaxia: Vía Lactea Panorámica de 360 0 desde Cerro Paranal (Chile)

11 SOL

12 Cúmulo de galaxias en Virgo

13 Entre 1924 y 1929 el astrónomo americano Edwin Hubble estudia la distancia a otras galaxias y calcula su movimiento relativo.

14 EL 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 = H 0. D H 0 es la constante de Hubble. valor actual 71 ± 4 km/s/Mpc. Sol Galaxia

15 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.

16 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 2,725 0 K Imagen de la medición de la radiación de fondo obtenida por el satélite COBE

17 LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

18 ESPECTRO DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

19 ESPECTRO DE RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO

20 Imagen obtenida por el satélite COBE con finas diferencias de temperatura

21 La edad del universo es aproximadamente de 13.700 millones de años

22 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.

23 LOS COMPONENTES DE LA MATERIA (II) Estructura en quarks de un neutrón. Los quarks están unidos por la fuerza fuerte

24 Distribución materia-energía en el universo

25 R V M V 2 =GM/R Existencia de materia oscura

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27 Efecto de lente gravitacional

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29 LAS EDADES DEL UNIVERSO 10 -35 = 0,00000000000000000000000000000000001 Temperatura 10 26 o K 10 14 o K10 9 o K3.000 o K

30 LAS EDADES DEL UNIVERSO

31 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=10 6 eV; 1GeV=10 9 eV ; 1TeV=10 12 eV

32 ESQUEMA ACELERADOR LINEAL

33 ACELERADORES CIRCULARES 1.- El ciclotrón

34 ACELERADORES CIRCULARES 2. El sincrotrón

35 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.

36 ESQUEMA ACELERADOR LHC

37 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.

38 Fuerzas fundamentales (interacciones) Fuerza Relativa Alcance metros 1 ∞ 10 36 ∞ 10 25 10 -17 10 38 10 -15 Fuerza de gravitación Fuerza nuclear fuerte Fuerza electromagnética Fuerza nuclear débil Fuerza electrodébil

39 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?

40 10 -15 m.10 -17 m.

41 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