Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

Graduação → Astrofísica e cosmologia → Cosmologia ↓


Fundo cósmico de micro-ondas


O fundo cósmico de micro-ondas (CMB) é um tópico importante no campo da cosmologia. É uma das evidências mais convincentes para a teoria do Big Bang. O CMB é um leve brilho de luz que preenche o universo, que se enquadra na região de micro-ondas do espectro eletromagnético. Essencialmente, é um instantâneo da luz mais antiga do nosso universo, emitida cerca de 380.000 anos após o Big Bang, quando o universo esfriou o suficiente para que prótons e elétrons pudessem se combinar para formar átomos de hidrogênio neutros. Esta era é conhecida como 'recombinação', e o CMB é um relicário dessa época.

Compreendendo o Big Bang e a criação do universo

Para entender a importância do CMB, vamos primeiro entrar no contexto da teoria do Big Bang. De acordo com essa teoria, o universo começou a partir de um estado incrivelmente quente e denso há cerca de 13,8 bilhões de anos e tem se expandido desde então. Inicialmente, estava preenchido com um plasma de fótons, elétrons e bárions. Durante esse estágio inicial, o universo era opaco, pois os fótons eram constantemente espalhados por elétrons livres em um fenômeno chamado espalhamento Thomson.

À medida que o universo se expandia, ele esfriava e eventualmente atingia um ponto em que a temperatura ambiente caía para cerca de 3000 Kelvin. Isso permitiu que os elétrons se combinassem com prótons para formar átomos de hidrogênio neutros. Com menos elétrons livres para espalhar, os fótons puderam viajar livremente, transformando o universo de opaco em transparente. Essa separação de matéria e radiação é o que agora vemos como o CMB.

Características do fundo cósmico de micro-ondas

O CMB é quase uniforme, com flutuações de temperatura da ordem de 1 parte em 100.000. Essas pequenas variações são importantes porque representam as sementes de todas as estruturas existentes no universo: galáxias, aglomerados e redes cósmicas.

Uma característica distintiva do CMB é seu espectro de corpo negro. Um corpo negro é um corpo físico idealizado que absorve toda a radiação eletromagnética incidente, independentemente da frequência ou do ângulo de incidência. O CMB segue de perto essa curva de radiação, com a intensidade atingindo o pico a uma temperatura de cerca de 2.7 Kelvin - daí classificado na banda de micro-ondas.

Essa natureza térmica do CMB é refletida na seguinte fórmula para o espectro de corpo negro: 

B(ν, T) = (2hν³/c²) / (e^(hν/kT) - 1)
onde: ν é a frequência, h é a constante de Planck, c é a velocidade da luz, k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura.

Descoberta do fundo cósmico de micro-ondas

O CMB foi descoberto por acaso em 1965 por Arno Penzias e Robert Wilson enquanto trabalhavam com receptores de micro-ondas no Bell Labs em New Jersey. Eles detectaram um ruído extra que era isotrópico e ainda presente mesmo depois de todas as possíveis fontes de interferência serem consideradas. Esse ruído correspondia às previsões da teoria do Big Bang sobre a radiação térmica remanescente do universo primitivo.

Essa descoberta provou ser um marco importante, fortalecendo a teoria do Big Bang em relação a explicações rivais, como a teoria do estado estacionário, e rendeu a Penzias e Wilson o Prêmio Nobel de Física em 1978.

Esquisitices no fundo cósmico de micro-ondas

Embora o CMB seja notavelmente uniforme, com uma temperatura média de cerca de 2,725 Kelvin, observações cuidadosas revelam ligeiras assimetrias, ou variações espaciais, na temperatura. Essas assimetrias são extremamente importantes porque fornecem evidências das condições iniciais a partir das quais as estruturas de grande escala no universo se formaram.

Essas flutuações de temperatura podem ser visualizadas da seguinte forma: 

(ΔT/T) ≈ 10⁻⁵

Acredita-se que essas flutuações tenham se originado de flutuações quânticas no universo muito jovem, que foram amplificadas durante um período de rápida expansão conhecido como inflação. Os padrões detalhados dessas variações codificam informações sobre a estrutura do universo, sua taxa de expansão e até mesmo seu tamanho.

Explorador do Fundo Cósmico (COBE)

Em 1989, o satélite Cosmic Background Explorer (COBE) foi lançado, carregando instrumentos capazes de medir o CMB em todo o céu com precisão sem precedentes. Os resultados do COBE forneceram os primeiros mapas detalhados das assimetrias do CMB e confirmaram a natureza de corpo negro da radiação do CMB. Essa descoberta forneceu novas informações sobre as propriedades de grande escala do universo primitivo.

Proposta de Anisotropia de Micro-ondas Wilkinson (WMAP) e missão Planck

Missões posteriores, como a Proposta de Anisotropia de Micro-ondas Wilkinson (WMAP), lançadas em 2001, melhoraram as observações do COBE, fornecendo mapas do CMB com muito maior resolução e sensibilidade. Os dados do WMAP possibilitaram medições precisas da idade, estrutura e curvatura do universo.

Mais tarde, o satélite Planck da Agência Espacial Europeia, lançado em 2009, refinou essas medições com ainda mais detalhes precisos. A missão Planck mapeou o CMB com tal precisão que se tornou um dos conjuntos de dados fundamentais da cosmologia.

Implicações do fundo cósmico de micro-ondas

Estudar o CMB oferece um vislumbre do estado inicial do universo e serve como uma ferramenta poderosa para testar modelos cosmológicos. O CMB fornece informações sobre a idade do universo, sua taxa atual de expansão (constante de Hubble) e sua geometria (plano, aberto ou fechado).

A escala angular do primeiro pico acústico no espectro de potência do CMB sugere que nosso universo é plano: 

l_peak ≈ 200

Este insight é consistente com as previsões de modelos inflacionários e tem importantes implicações para teorias sobre o destino último do universo.

Exemplo de visualização do padrão do CMB

Ao observar o CMB, considere a seguinte representação padrão simplificada, onde cada pequeno ponto indica uma flutuação de temperatura:

Esta versão simplificada é apenas para mostrar que o padrão do fundo cósmico de micro-ondas é composto de muitas pequenas variações espalhadas pelo céu.

Pesquisas atuais e direções futuras

Hoje, a pesquisa continua nos detalhes finos do CMB, para detectar fenômenos como os efeitos das lentes gravitacionais, isotropia em pequenas escalas e a presença de qualquer não gaussianidade, que pode apontar para novas físicas além do modelo cosmológico padrão.

Além disso, os esforços estão focados em medir a polarização do CMB, que pode fornecer mais informações sobre ondas gravitacionais primordiais e fornecer evidências para a teoria da inflação.

Conclusão

O fundo cósmico de micro-ondas é crucial para entender o início, a estrutura e o destino do universo. Como uma das descobertas mais importantes em astrofísica, ele desafia e inspira a busca pelo conhecimento sobre nosso universo.


Graduação → 9.2.3


U
username
0%
concluído em Graduação

← Anterior (9.2.2)
Matéria escura e energia escura

Comentários 



Fundo cósmico de micro-ondas

https://www.physicsflow.com/ug/9.2.3?pfal=pt