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EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN
Universidad Popular de Tres Cantos
José Aceituno
NGC 2467
Nebulosa de Orión
Nebulosa cabeza de caballo
Supernova de Vela
Nebulosa del cangrejo
Nuestra galaxia: Vía Lactea
Panorámica de 3600 desde Cerro Paranal (Chile)
SOL
Cúmulo de galaxias en Virgo
Entre 1924 y 1929 el astrónomo
americano Edwin Hubble estudia
la distancia a otras galaxias y calcula
su movimiento relativo.
EL UNIVERSO EN EL MOMENTO ACTUAL
EL UNIVERSO EN EL MOMENTO ACTUAL
Sol
Galaxia
• 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.
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.
 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
LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
ESPECTRO DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
ESPECTRO DE RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO
Imagen obtenida por el satélite COBE con finas diferencias de temperatura
La edad del universo es aproximadamente de
13.700 millones de años
LOS COMPONENTES DE LA MATERIA (I)
MOLÉCULAS
Átomos unidos por
Fuerzas eléctricas
ÁTOMOS
•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.
LOS COMPONENTES DE LA MATERIA (II)
Estructura en quarks de
un neutrón.
Los quarks están unidos
por la fuerza fuerte
Distribución materia-energía en el universo
Materia ordinaria
luminosa 0,5%
Materia ordinaria no
luminosa 4,5%
Materia oscura 25%
Energia oscura 70%
Existencia de materia oscura
M
R
V2 =GM/R
V
Efecto de lente gravitacional
LAS EDADES DEL UNIVERSO
Temperatura
1026 oK
1014 oK
109 oK
3.000 oK
10-35 = 0,00000000000000000000000000000000001
LAS EDADES DEL UNIVERSO
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
ESQUEMA ACELERADOR LINEAL
ACELERADORES CIRCULARES
1.- El ciclotrón
ACELERADORES CIRCULARES
2. El sincrotrón
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.
ESQUEMA ACELERADOR LHC
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.
Fuerzas fundamentales (interacciones)
Fuerza
Relativa
Alcance
metros
Fuerza de gravitación
1
∞
1036
∞
1025
10-17
1038
10-15
Fuerza electromagnética
Fuerza electrodébil
Fuerza nuclear débil
Fuerza nuclear fuerte
¿Es la gravedad una fuerza, o una deformación del espacio-tiempo?
El espacio-tiempo se alabea en presencia de una masa
(Teoría general de la relatividad- A. Einstein))
Agujero Negro
Horizonte de sucesos
“La masa le dice al espacio cómo ha de curvarse, y
el espacio le dice a la masa cómo ha de moverse”
John Wheeler
10-15 m.
10-17 m.
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
Materia ordinaria
luminosa 0,5%
Materia ordinaria no
luminosa 4,5%
Materia oscura 25%
Energia oscura 70%