l'univers (lite)

Haga clic para modificar el estilo de subtítulo del patrón

22/09/14

L’Univers

Composició de l’Univers

• L’Univers és un buit immens en el qual hi ha milions de cossos. Alguns els podem veure a simple vista, i altres, que són invisibles a l’ull humà, s’observen amb telescopis.

• A més, hi ha matèria que no podem observar: l’anomenada matèria fosca. Avui dia, quasi tots els astrònoms admeten que les galàxies, amb els estels i els planetes que les formen, constitueixen tan sols una petita part, potser el 10%, de la matèria total de l’Univers.

• El 90% (del qual només en coneixem un 10%) que resta és matèria amb una composició i unes propietats que desconeixem: com que no emet radiació l’anomenem matèria fosca.


• ~ 10% Matèria “normal”:• Visible: Galàxies: estels, planetes, nebuloses,…

• ~90% Matèria i energia fosca (que no emet radiació i no pot ser visible)• En cosmologia matèria fosca és un tipus de matèria hipotètica, de composició

desconeguda, que no emet ni reflecteix prou radiació electromagnètica perquè es pugui detectar directament, però la presència de la qual es pot inferir a partir dels efectes gravitatoris sobre la matèria visible propera.

• Així, la matèria fosca sabem que existeix pels efectes gravitacionals sobre objectes propers a aquesta.

• La matèria fosca és responsable de la col·lisió de galàxies• També forma part dels forats negres (RCF)

La matèria fosca

• Com sabem que existeix la matèria fosca si no la “veiem”?• Des de fa algunes dècades els càlculs dels astrònoms ens mostren un resultat

estrany: el gas i la pols de l'Univers sembla que estan exposats a atraccions gravitacionals molt més grans que les que causa la matèria que podem detectar.

Matèria fosca

Galàxies col·lidint

(aquí esperaríem trobar un cos de massa enorme que les fes atraure, però no hi és!)

El color vermell és degut a que, en col·lidir, escalfen el gas circumdant

La màxima densitat de matèria visible és als punts blancs de les zones blaves

El color vermell és degut a que, en col·lidir, escalfen el gas circundant

Galàxies col·lidint

La màxima densitat de matèria visible és als punts blancs de les zones blaves

Matèria fosca(aquí esperaríem trobar un cos de massa enorme que les fes atraure, però no hi és!)

Fritz Zwicky, 1933

La gravetat de les galàxies visibles centrals del cúmul de Coma és massa petita per provocar la gran velocitat de les galàxies exteriors, de manera que ha d'haver-hi més massa per algun lloc!

La gravetat segons Newton

La gravetat segons Einstein

Els forats negres (1)• En astronomia, un forat negre és una concentració

de matèria d'altíssima densitat, tal que la seva força gravitatòria és tan elevada que la velocitat d'alliberament és superior a la velocitat de la llum.

• El terme "forat negre" no s'ha d'entendre com un "forat" en el sentit usual del terme, sinó com una regió de l'espai de la qual res no pot escapar, ni tan sols la llum. És per aquest motiu que se'ls anomena "negres".

John Michell, 1783Si a una esfera amb la mateixa densitat del Sol però amb el radi 500 vegades més gran, hi caigués un cos, hauria adquirit a la seva superfície més velocitat que la llum, i en conseqüència, tota la llum emesa per un cos com aquest giraria cua degut a la seva pròpia gravetat, i així seria invisible.

Els forats negres (2)

• Els forats negres són punts de l’espai molt petits amb una força de la gravetat molt gran

• Per això atrauen i engoleixen cossos del voltant• Tant gran és aquesta força, que ni tan sols la llum se

n’escapa (per això no els veiem ni sabem de què estan fets)


• Però com sabem que existeixen si no es veuen?• La matèria de l’espai, quan accelera, emet raigs X• La matèria del voltant, abans de ser engolida pel forat negre, emet

raigs X• La radiació X pot ser captada pels radiotelescopis espacials


Els forats negres es troben a:a. Al centre de la majoria de galàxiesb. Al final de la vida dels estels amb molta massa


Però per què no TOT el que hi ha al voltant hi cau, al forat? Per què a partir de certa distància cap enfora, anomenada distància mínima de seguretat deixa d’haver força de gravetatSi es supera aquesta cap endins, s’entra en el punt de no retorn


• Σ Estels i planetes Sistemes Estel·lars • (p. ex. Sistema Solar o bé el Sistema de a-Centauri)

Artist's view gives an impression of how commonly planets orbit the stars in the Milky Way

Composició de l’univers

Σ Sistemes estel·lars Galàxia (p. ex., Via Làctia o bé Andromeda)

són acumulacions d'estrelles, astres i altres cossos, gasos i pols

the Milky Way


Σ Galàxies Cúmuls de Galàxies (p. ex. Grup Local, les Plèiades, …)

Les Plèiades

• Què són?

• Segons la mitologia grega, les Plèiades Urbina) foren nimfes, filles d'Atlas i de Plèione.

• Segons una variant de la llegenda, van ser assetjades pel caçador Orió, que les desitjava. Però elles van volar tan amunt que van arribar al cel i allà van quedar fixades com un grup d'estels de la constel·lació del Taure.


Σ Cúmuls de Galàxies Supercúmuls de Galàxies (p. ex. Supercúmul de Virgo)

Són grans acumulacions de milers de galàxies i són una de les estructures més grans de l'Univers.

L’efecte Doppler

Quan un objecte, ja sigui un cotxe o una galàxia, emet ones mentre es mou, aquestes es distorsionen:

a) Si l’emissor s’hi acosta, l’ona es comprimeixa) El so s’ens fa més agutb) La llum que ens arriba tendeix al blau de l’espectre

b) Si l’emissor se n’allunya, l’ona s’estira

a) El so s’ens fa més greub) La llum que ens arriba tendeix al vermell de l’espectre

http://www.stmary.ws/highschool/physics/home/animations3/waves/dopplerStarColorChange.html

El Big Bang

• La teoria del Big Bang és un model físic que tracta d’explicar la formació de l’univers, i el seu desenvolupament fins els nostres dies

• A partir d’un punt singular espai temps que va explotar fa mil·lions d’anys.

• Aquesta teoria està basada en els models de Friedman- Lamaitre- Robertson- Walker, intenta donar solucions a la teoria de la relativitat d’Albert Einstein tenint en compte la llei de Hubble

El Big Bang

El belga Lemaitre al 1927 va parlar de l’àtom primigeni i de la gran explosió i conseqüent expansió, però les seves teories no va ser gaire conegudes en el seu temps.

Hubble, el 1929, va demostrar l’expansió de l’Univers mesurant el desplaçament al roig de les galàxies distants: “com més llunyana està una galàxia, més ràpidament s’allunya” (Llei de Hubble)La seva teoria diu que l’univers s’està expandint i ho va demostrar veient com l’aspectre d’algunes estrelles conegudes passava del blau cap el vermell, la qual cosa implicava que l’univers s’estava expandint.

El Big Bang

• Es basa en tres grans punts:• a) Llei de Hubble: “com més llunyana està una

galàxia, més ràpidament s’allunya” • b) Detecció de la radiació còsmica de fons (el

“eco” del “soroll” de l’explosió primigènia)• c) Descoberta de l’abundància d’elements

lleugers (hidrògen i heli) a l’Univers, tal com es preveia segons els postulats de la Teoria.

LA RADIACIÓ DE FONS DE MICROONES ARNO PENZIAS I ROBERT WILSON

• - Aquesta radiació electromagnètica va ser descoberta per casualitat en el 1964 .

• - Aquesta radiació omple l’univers per complet, és dir és pot sentir de qualsevol lloc .

• - Té una freqüència de 160,2 GHz. • - Els científics diuen que és l’ECO de la gran explosió i és una demostració del

big bang.

El Big Bang

• “Si les galàxies s’allunyen les unes de les altres, cal pensar que en el passat van

estar més a prop, i que al principi tota la matèria estava concentrada en una zona

molt petita”

• L’Univers va néixer fa uns 13.700 mil·lions d’anys

• La Terra es va formar fa 4.600·106

• La vida a la Terra es va formar 3.700-4.000·106

Origen del Sol i el Sistema Solar

• 1- Apareix una nebulosa (=núvol de gas i pols) en un braç de la galàxia espiral

• 2- A causa de la explosió d’una supernova (=estel gegant al final de la seva vida), la nebulosa es contreu.

• 3- En contraure’s estretament, al centre de la nebulosa es donen xocs entre partícules properes, pel que s’escalfa, els nuclis d’hidrogen es fonen i es produeix heli i energia: s’ha format el Sol.


• 4- La nebulosa comprimida es va aixafant i es converteix en un disc; a cada “anella” comença a créixer un planeta que atrau la matèria que té a prop.

• 5- Per raons no del tot clares, els elements més lleugers emigren cap enfora i acabaran donant els planetes externs.

• 6- Més endins, en canvi, es disposen les partícules sòlides de roca i metall, que s’aglutinen en els planetesimals (=fragments de menys d’1 km de diàmetre), els quals al seu torn col·lideixen i donen origen als planetes interiors.


• 7- La resta de partícules va formar els planetes nans (Plutó,…) i asteroides (Ceres, ….), satèl·lits (Tità, Europa,… la Lluna és un cas a part), meteoroides (=fragments de roca <10 m)…

• 8- … i els cometes (=restes glaçades nebulosa).

• * Planetes nans + asteroides=Planetes menors= són cossos celestes del sistema solar que orbiten al voltant del Sol (o d'altres sistemes planetaris orbitant altres estrelles) més grans que els meteoroides però més petits que els planetes.

El Sistema Solar

• Aquestes imatges que il·lustren l'òrbita de Sedna (un “planeta menor”), donen una bona idea de l'estructura del sistema solar. En el sentit de les agulles del rellotge començant a dalt a l'esquerra: el sistema solar interior, els planetes exteriors i el cinturó de Kuiper, l'òrbita de Sedna i el núvol d'Oort (=conjunt en forma esfèrica d'objectes sòlids congelats al límit més exterior del sistema solar. ).

El Sistema Solar

Els planetes interiors

• Fila superior: Urà, Neptú; Fila central: Terra, l'estrella nana blanca Sirius B, Venus (a escala)

• Fila superior: Mart i Mercuri; Fila inferior: la Lluna, planetes nans Plutó i Haumea (a escala).

http://ca.wikipedia.org/wiki/Sistema_solar

Exoplanetes

• http://exoplanet.eu/catalog/?f=

Exoplanetes: Mètodes de detecció• Velocitats radials: Aquest mètode es basa en l'efecte Doppler. El planeta, en

orbitar l'estrella central, exerceix també una força gravitacional sobre aquesta, de manera que l'estrella gira al voltant del centre de masses comú del sistema. Les oscil·lacions de l'estrella poden detectar-se mitjançant lleus canvis en les línies espectrals, segons si l'estrella s'apropa a nosaltres (desplaçament al blau) o s'allunya (desplaçament al vermell). Aquest mètode ha estat el més reeixit en la recerca de nous planetes.

• Astrometria: Com l'estrella orbita el centre de masses del sistema, es pot intentar registrar les variacions de posició i l'oscil·lació de l'estrella. Tanmateix, aquestes variacions són tan petites que el mètode no ha estat factible de moment. Històricament el mètode astromètric va proporcionar els primers candidats a planetes extrasolars, tots ells desbancats posteriorment. El més famós dels falsos planetes extrasolars detectats per astrometria va ser detectat a l'estrella de Barnard.

• Trànsits: Consisteix a observar fotomètricament l'estrella i detectar subtils canvis en la seva magnitud aparent quan un planeta gira al voltant d'ella. El mètode dels trànsits, juntament amb el de la velocitat radial, poden utilitzar-se per caracteritzar millor l'atmosfera d'un planeta, com en els casos de HD209458b i els planetes OGLE-TR-40 i OGLE-TR-10. Ambdós mètodes són més eficaços amb els planetes gegants més propers a l'estrella principal, per la qual cosa només poden caracteritzar una lleu fracció dels planetes detectats.

• Microlents gravitatòries: L'efecte de lent gravitacional es produeix quan els camps gravitatoris del planeta i de l'estrella actuen per augmentar o focalitzar la llum d'una estrella distant, situada en segon pla. Perquè el mètode funcioni, els tres objectes han d'estar quasi perfectament alineats. El principal defecte d'aquest mètode és que les possibles deteccions no són repetibles i el planeta així descobert hauria de ser estudiat addicionalment per algun dels mètodes anteriors.

• Pertorbacions en discs circumestelars: En estrelles joves, amb discs circumestelars de pols al seu voltant, és possible detectar irregularitats en la distribució de material al disc, ocasionades per la interacció gravitatòria amb un planeta. Es tracta d'un mecanisme similar al que actua en el cas dels satèl·lits pastors de Saturn. D'aquesta manera ha estat possible inferir la presència de 3 planetes orbitant l'estrella β Pictoris i d'un altre planeta orbitant l'estrella Fomalhaut (HD 216956). En estrelles encara més joves la presència d'un planeta gegant en formació seria perceptible a partir del buit de material gasós que deixaria al disc d'acreció.

• Observació directa: El març de 2005 l'equip del Spitzer Space Telescope pogué detectar directament la radiació infraroja emesa per dos planetes extrasolars ja coneguts: HD 209458 b and TrES-1. Mesuraren les seves temperatures en 1.060 K per a TrES-1 i en 1.130 K per a HD 209458 b. Això obrí la porta a poder detectar nous planetes gràcies a la seva radiació infraroja. També el 2005 dos grups, utilitzant el Very Large Telescope de l'European Southern Observatory anunicaren l'observació directa d'imatges de planetes extrasolars: GQ Lupi b i 2M1207 b, tot i que no és clar si són grans planetes o petites nanes marrons.

http://ca.wikipedia.org/wiki/Estrella_de_Barnard

http://ca.wikipedia.org/wiki/Magnitud_aparent

• Velocitat radial: Una manera de detectar exoplanetes és per la variació de l’apropament-distanciament del estel en interactuar amb el planeta.

• Diagram showing how a planet and a star orbit their common center of mass (red cross).

HAT-P-16 in Andromedahttp://www.perseus.gr/Astro-Photometry.htm

• Astrometria: Una altra de les maneres de detectar exoplanetes és estudiant la quantitat de llum rebuda de l’estel; si en algun moment passa per davant un planeta que l’eclipsa total o parcialment, la quantitat de llum rebuda minvarà.

Les constel·lacions

• Les constel·lacions (Ossa major, Aries, …) són “ramats” o “grups” d’estels propers sols en aparença (llevat les tres del cinturó d’Orió, per exemple, en què realment estan relativament a prop).

• Des de cada hemisferi es poden observar unes constel·lacions pròpies, tot i que canvien una mica al llarg de les estacions de l’any. Per això mai podríem observar l’estel polar al pol sud ni tampoc veure la costel·lació “creu del sud” a l’hemisferi nord.

Condicions per què hi hagi vida als exoplanetes

• Ni massa lluny ni massa a prop de l’estel

• Gravetat suficient

• Nucli metàl·lic fos ()

• La magnetosfera protegeix la superfície de la Terra de les partícules carregades del vent solar.

• (I de les radiacions X i gamma)

l'univers (lite)

Science