VI Escola de Física Jayme Tiomno



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Introdução à Cosmologia

Ministrante: Profa. Dra. Elisa Ferreira (DFMA-IFUSP, Kavli IPMU)

Slideshows: Aula 1, Aula 2, Aula 3, Aula 4, Aula 5.

Exercícios: Aulas 1 e 2.

Formato: À distância.

Horário: 10 às 12h.

Dias: 08 a 12 de agosto.

Carga Horária Total: 10h

Descrição: A cosmologia é a ciência que estuda o universo desde seu início, evolução, suas componentes e estruturas, e seu destino. Nos últimos 40 anos a cosmologia se tornou uma ciência de precisão, com enormes avanços na sua descrição teórica e o avanço nas observações cosmológicas. Baseado na relatividade geral e dadas as precisas medidas das grandes escalas do nosso universo, a cosmologia hoje tem um modelo padrão, o LCDM ou o modelo do Big Bang. Esse modelo descreve grande parte da história do nosso universo com somente 6 parâmetros, e nos diz que nosso universo é composto em grande parte (70%) por uma componente que faz o universo expandir de maneira acelerada, a energia escura; uma matéria desconhecida, responsável por todas as estruturas do universo, a matéria escura (~26%); sendo o restante toda a matéria visível e radiação. Mas apesar desse modelo acumular grandes sucessos observacionais, ele ainda apresenta muitos mistérios: qual a natureza dessas componentes escuras, a matéria escura e energia escura?; o que aconteceu no começo do nosso universo?; qual a idade do universo e por que diferentes medidas observacionais nos dão diferentes respostas?; qual o futuro do nosso universo?; entre muitas outras.

Esse curso tem o objetivo de dar uma introdução a cosmologia, seus conceitos básicos, teorias e principais pilares observacionais. Vamos apresentar o modelo do Big Bang, seus sucessos e desafios. Pretendo também dar um panorama dos atuais tópicos de pesquisa na área, revisando algumas das grandes questões em aberto na cosmologia e as interessantes teorias que tentam explicá-las.

Pré-requisitos: Curso para alunos no final da graduação e começo da pós-graduação. Pré-requisitos somente os cursos básicos do curso de física ou astronomia. Conhecimento prévio de relatividade geral ou cosmologia não será necessário.

Programa do curso:

  • Aula 1. Introdução geral. Breve introdução à relatividade geral. Estrutura do universo, expansão e evolução: as equações de Friedman e as componentes do universo.

  • Aula 2. O modelo cosmólico padrão (LCDM): seus pilares teóricos e observacionais. A história térmica do universo.

  • Aula 3. O universo inomogêneo. Observações cosmológicas.

  • Aula 4. O universo primordial. Outras questões em aberto: tensões

  • Aula 5. Energia escura e matéria escura.

Bibliografia:

Livros e notas de aula mais avançados para quem se interessar:

  • Daniel Baumann, Cosmology, Cambridge University Press, 2022. Ou, notas de aula do mesmo autor.

  • Scott Dodelson and Fabian Schmidt, Modern Cosmology, Academic Press; 2nd edition, 2020

  • Viatcheslav Mukhanov, Physical Foundations of Cosmology, Cambridge University Press, 2005