El UNIVERSO:

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El UNIVERSO

• El Modelo Cosmológico Standard en 2003
• Parámetros Cosmológicos después de
• MAP (Microwave Anisotropy Probe)
• Juan M. Usón ( NRAO )

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RESUMEN
El modelo del Big Bang describe adecuadamente
el Universo. Conocemos el valor de los
parámetros más importantes pero no sabemos que
constituye la materia oscura que determina la
evolución dinámica del Universo. Medidas
recientes del Fondo de Radiación de Microondas
así como de estrellas supernovas de tipo Ia
indican que la dinámica del Universo está
determinada por el efecto de un tipo de energía
oscura y repulsiva que determina que la expansión
del Universo se esté acelerando.
3
OBSERVACIONES BASICAS
El cielo es oscuro en todas las longitudes de
onda. Las galaxias se alejan de la nuestra según
la ley de Hubble. La distribución de galaxias es
aproximadamente isótropa (10). Diversas formas
de estimar la edad del Universo
concuerdan. Existe un fondo de radiación con
espectro de cuerpo negro y altamente
isótropo. La abundancia relativa de elementos
ligeros refleja valores universales y
primordiales. La distribución de fuentes de
radio y de cuasares demuestra evolución con el
tiempo (corrimiento al rojo o redshift). Las
galaxias se distribuyen en estructuras que
obedecen una simple ley de potencias.
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LA ESCALA DEL UNIVERSO
El Universo visible es una esfera cuyo radio
supera los 1026 metros, que son aproximadamente
1010 años-luz
5
103 metros 1 kilómetro
6
105 metros 100 kilómetros
7
107 metros 10000 kilómetros
8
109 metros 3 segundos-luz
9
1011 metros 5 minutos-luz
10
1013 metros 8 horas-luz
11
Órbita de Plutón 5,9 mil-millones de km
1015 metros 38 días-luz
12
Estrella de Barnard
Sol
Alfa-Centauro
Próxima-Centauro
Lalande 21185
Wolf 359
1017 metros 10 años-luz
13
1019 metros 103 años-luz
14
1021 metros 105 años-luz
15
1023 metros 107 años-luz
16
1025 metros 109 años-luz
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LA ESCALA DEL UNIVERSO
El Universo visible es una esfera cuyo radio
supera los 1026 metros, que son aproximadamente
1010 años-luz
que está prácticamente vacía. En efecto, el
Universo contiene 412 millones de fotones por
m3, 113 millones de neutrinos de cada tipo (3)
por m3, 0.2 átomos por m3, materia oscura
no-bariónica y energía oscura repulsiva
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
La descripción del Universo se basa en dos
principios teóricos El Principio de la
relatividad El Principio Cosmológico
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El Principio Cosmológico no es evidente si se
mira al cielo!
20
La distribución de fuentes de radio apoya el
Principio Cosmológico
21
El Fondo de Radiación de Microondas justifica el
Principio Cosmológico!
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
La descripción del Universo se basa en dos
principios teóricos El Principio de la
relatividad El Principio Cosmológico
y en tres pilares experimentales La recesión
de las galaxias
23
LA RECESION DE LAS GALAXIAS
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LA RECESION DE LAS GALAXIAS
Ley de Hubble v H0 ? d (70 10) km s-1 Mpc
-1 ? d.
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
La descripción del Universo se basa en dos
principios teóricos El Principio de la
relatividad El Principio Cosmológico
y en tres pilares experimentales La recesión
de las galaxias
El Fondo de Radiación de Microondas
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EL FONDO DE RADIACION DE MICROONDAS
El Fondo de Microondas tiene espectro de cuerpo
negro con T2.728 0.002 K
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
La descripción del Universo se basa en dos
principios teóricos El Principio de la
relatividad El Principio Cosmológico
y en tres pilares experimentales La recesión
de las galaxias El Fondo de Radiación de
Microondas
La abundancia cósmica de elementos ligeros
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ABUNDANCIA COSMICA DE ELEMENTOS LIGEROS
Obh2
YP
Las abundancias que se observan concuerdan y
demuestran que la densidad de bariones del
Universo corresponde al valor Ob 0.02 h-2
0.04
N/H
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
La descripción del Universo se basa en dos
principios teóricos El Principio de la
relatividad El Principio Cosmológico y en tres
pilares experimentales La recesión de las
galaxias El Fondo de Radiación de
Microondas La abundancia cósmica de elementos
ligeros El Universo está expandiéndose de una
explosión inicial y su destino depende del
balance de su contenido energético.
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
El Principio Cosmológico impone la métrica de
Robertson-Walker cuyo elemento lineal es
Las ecuaciones de Einstein determinan la
evolución del Universo
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD
El Principio Cosmológico impone la métrica de
Robertson-Walker cuyo elemento lineal es
Las ecuaciones de Einstein determinan la
evolución del Universo
El parámetro de Hubble es
, que lleva a
Si ? y k son cero, se obtiene la densidad crítica
Si definimos , se cumple la
identidad 1 Om Ok O?
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD (2002)
La evidencia observacional apoya el modelo del
Universo homogéneo e isótropo que se expande
según la ley de Hubble, con H0 (70 10)
km s-1 Mpc 1 La edad del Universo es (14
18) ? 10 9 años, gt 12 ? 10 9 años T? 2.728
0.002 K isótropo ?T/T lt 3 ? 10-5
, excepto por una componente dipolar, con
estructura (ruido) a gran escala al nivel ?T/T
(6 1) ? 10-6 Las abundancias primordiales
de elementos ligeros concuerdan con lo esperado
si existen tres tipos de neutrinos y si la
contribución de los bariones a la densidad del
Universo es Ob 0.04 por lo que tiene que
haber bariones oscuros. ODINAMICA 0.2
0.3, por lo que hay materia oscura no-bariónica.
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EL MODELO COSMOLOGICO STANDARD (2002)
El Universo está expandiéndose de una explosión
inicial y su destino depende del balance de su
contenido energético bariones, radiación y
neutrinos materia no-bariónica y energía
oscura. Cuánto? Lo expresamos mediante el
parámetro O OBARIONES 0.04 ( 0.02 h
-2) OLy-a 0.03 (30 de incertidumbre)
OESTRELLAS 0.004 ? 0.002 ONEUTRINOS
0.005 ODINAMICA 0.25 ? 0.15 por lo que
OCDM 0.20 ? 0.15 OCBR 1.05 ? 0.15 O?
1.3 OM 0.3 ? 0.2 0.65 ? 0.3
(supernovas-Ia) Pero los valores teóricos
naturales (preferidos) son O 1, O? 0.
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EL CONTENIDO DE MATERIA DEL UNIVERSO
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EL CONTENIDO DE MATERIA DEL UNIVERSO
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EL CONTENIDO DE MATERIA DEL UNIVERSO (2002)
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EL CONTENIDO DE MATERIA DEL UNIVERSO
Hay suficiente materia para cerrar el
Universo? Nos contestan N. Bahcall, J. Ostriker,
S. Perlmutter y P. Steinhardt El consenso de
que el Universo tiene una densidad material
baja (Om lt 1) se ha fraguado progresivamente
durante más de diez años, aunque, dicha sea la
verdad, nunca existió evidencia creíble de que no
fuera así (Science 284, 1481, 1999).
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EL FONDO DE RADIACION DE MICROONDAS
39
EL FONDO DE RADIACION DE MICROONDAS
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EL FONDO DE RADIACION DE MICROONDAS
Cuando el Universo está suficientemente caliente
para que los bariones estén ionizados se produce
un equilibrio entre la atracción gravitatoria
y la presión de los fotones, lo que genera ondas
acústicas que inducen una anisotropía en el fondo
de radiación de microondas.
El orden multipolar l corresponde a la escala
? 180 / l y lpico 220 / O½
41
EL FONDO DE RADIACION DE MICROONDAS (2002)
Los datos experimentales están de acuerdo con
las predicciones!
El primer pico acústico ha sido detectado
claramente por los experimentos del grupo de
Princeton, confirmado por los experimentos
Boomerang y Maxima. El satélite MAP deberá de
detectar claramente los dos siguientes (si
existen) y su nivel. De estas medidas se deduce
que OCBR 1.05 ? 0.15 (en el modelo CDM).
42
ACELERA EL UNIVERSO? SUPERNOVAS Ia
43
ACELERA EL UNIVERSO? SUPERNOVAS Ia
Se adopta la hipotesis de que las supernovas Ia
son candelas standard.
Las SNIa con corrimientos al rojo altos son más
débiles que lo esperado.
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ACELERA EL UNIVERSO? SUPERNOVAS Ia
Se adopta la hipótesis de que las supernovas Ia
son candelas standard. Las SNIa con
corrimientos al rojo altos son más débiles que lo
esperado. La razón debe de ser que están más
lejos de lo previsto y que por lo tanto el
Universo se ha expandido más de lo que debería de
haberlo hecho dada su velocidad de expansión en
la actualidad. Las observaciones indican
que O? 1.3 OM (0.3 ? 0.2) 0.65 ? 0.3
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ACELERA EL UNIVERSO? O? ? 0?
Se abre la caja de Pandora y todo es
posible Para que el Universo se acelere, es
necesario que ? 3p lt 0. Hay muchas
posibilidades La Constante Cosmológica (o
energía del vacío) p ?. Una red entramada de
cuerdas (strings) p (dimensión) ? /
3. Campo escalar variable p ? / 3
? . (Esta es la Quintaesencia de
Steinhardt que puede tener estructura
espacial). Excepto en el caso de la constante
cosmológica, hay que re-evaluar la mayoría de las
predicciones de los modelos cosmológicos.
46
ACELERA EL UNIVERSO? O? ? 0?
Si O? ? 0, 1 vivimos en un momento especial.
47
ACELERA EL UNIVERSO? O? ? 0?
48
WMAP
A partnership between NASA/GSFC and Princeton
Science Team
NASA/GSFC Chuck Bennett (PI) Michael Greason Bob
Hill Gary Hinshaw Al Kogut Michele Limon Nils
Odegard Janet Weiland Ed Wollack
Brown Greg Tucker
UCLA Ned Wright
Princeton Chris Barnes Norm Jarosik Eiichiro
Komatsu Michael Nolta
UBC Mark Halpern
Chicago Stephan Meyer
Lyman Page Hiranya Peiris David Spergel
http//map.gsfc.nasa.gov Licia Verde
49
(No Transcript)
50
Dave Wilkinson
(anterior a los resultados de COBE, Abril 92)
51
(No Transcript)
52
WMAP Un lanzamiento perfecto
Delta II Model 7425-10 Delta Launch Number 286
Star-48 third stage motor Cape Canaveral Air
Force Station Pad SLC-17B June 30, 2001 at 347
EDT
53
Trajectory
Lunar swingby
Phasing loops
Co-rotating potential.
Official arrival date Oct 1, 2001
100 days to L2, 1.5 million km from Earth.
54
(No Transcript)
55
WMAP Instrument HEMTAmplifiers
National Radio Astronomy Observatory / Central
Development Laboratory
56
Focal plane assembly (FPA)
Lids (theyre off now)
Cold microwave components
Measured beam profiles 3 dB/contour, -30 dB shown
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Receiver Stability Controlling Gain and Noise
58
SUMA
DIFERENCIA
Q
Passband mismatch
V
Less coverage
W
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WMAP Sky Scan Strategy

• Phase switch 2.5 KHz
• 2) Spin at 2.2 min/rev
• 3)Precess through 30 of the sky in 1 hour.
• 4) Full sky every 6 months.

60
Data processing
Differential outputs.
Galaxy
23 GHz
33 GHz
41 GHz
CMB Dipole
41 GHz
61 GHz
61 GHz
94 GHz
94 GHz
1/35000 of the data
94 GHz
94 GHz
1.5 s smoothing
Apply a pre-whitening filter to minimize the
effects of 1/f noise in the maps.
No other corrections are made in producing the
maps.
61
(No Transcript)
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El primer mapa hecho por WMAP Día 186 de 2001
63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
(No Transcript)
67
(No Transcript)
68
(No Transcript)
69
?CDM permite un buen ajuste
Ho 71, ?? 0.73, ?bh2 0.0224, ?mh2
0.135, ?tot 1
70
(No Transcript)
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EPILOGO (11 de Febrero de 2003)
El Universo se expande
de un Big Bang caliente
durante el
cual se sintetizaron los elementos ligeros. Hubo
un periodo de inflación
que ha dado lugar a un Universo
plano. Las estructuras se deben a rugosidades
Gaussianas que son el producto de fluctuaciones
cuánticas y la dinámica de la gran
escala del Universo está determinada por la
materia oscura no-bariónica fría. Pero la
constante Cosmológica o la Quintaesencia dominan
la dinámica global del Universo. Sir Martin Rees
(astro-ph/9912373)
gt99 gt99 gt99 50 50 lt50 lt50
lt50 lt50
gt99 gt99 gt99 90 95 99 lt50
99 99
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(No Transcript)
73
(No Transcript)