Curso de Cosmologia

Aula 1 • Evidências Observacionais do Big Bang

Apresenta os três pilares das evidências do Big Bang: expansão cósmica, abundâncias de elementos leves e radiação cósmica de fundo. Relaciona observações a previsões teóricas.

Aula 2 • O que a Cosmologia Estuda

Define o escopo da cosmologia, distinguindo-a da astronomia e da astrofísica. Fundamenta os alunos nas questões que a cosmologia busca responder sobre origem, estrutura e destino.

Aula 3 • História do Pensamento Cosmológico

Traça ideias desde as cosmologias antigas, passando pela revolução copernicana, até os avanços do século XX. Mostra como as mudanças de paradigma moldaram a estrutura científica moderna.

Aula 1 • Desvio para o Vermelho Relativístico e Propagação da Luz

Distingue o desvio para o vermelho gravitacional do desvio para o vermelho cosmológico e do efeito Doppler. Prepara os alunos para interpretar corretamente observações espectroscópicas.

Aula 2 • Espaço-Tempo Curvo e Gravidade

Apresenta a relatividade geral como uma teoria geométrica da gravidade. Os alunos compreendem como a massa-energia curva o espaço-tempo e como isso impulsiona a dinâmica cósmica.

Aula 3 • Visão Geral das Equações de Campo de Einstein

Apresenta a estrutura e o significado físico das equações de campo de Einstein sem derivação completa do tensor. Conecta o conteúdo tensão-energia à geometria do espaço-tempo.

Aula 1 • Equações de Friedmann e do Fluido

Apresenta as equações de Friedmann que regem a taxa de expansão e a equação do fluido que rege a evolução da densidade de energia. Os alunos identificam como cada componente impulsiona ou resiste à expansão.

Aula 2 • Histórias de Expansão Cósmica

Resolve as equações de Friedmann para universos dominados por matéria, radiação e vácuo. Os alunos comparam taxas de expansão e identificam o modelo de concordância atual.

Aula 3 • Parâmetros Cosmológicos e Medições

Define os parâmetros-chave que descrevem nosso universo e examina os métodos usados para medi-los. Conecta quantidades teóricas a campanhas observacionais.

Aula 4 • A Métrica FLRW

Deriva a métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker como a solução única coerente com a simetria cósmica. Apresenta o fator de escala como a variável dinâmica chave.

Aula 1 • Nucleossíntese do Big Bang

Explica a formação de núcleos leves nos primeiros minutos e as abundâncias primordiais previstas. Demonstra como a NBB fornece um teste de precisão do modelo padrão.

Aula 2 • Radiação Cósmica de Fundo

Caracteriza o espectro da RCF, sua temperatura e anisotropias como um instantâneo do universo primordial. Apresenta o espectro de potência como principal produto de dados.

Aula 3 • Física de Partículas no Universo Primordial

Examina o conteúdo de partículas do universo em altas temperaturas e a sequência de eventos de aniquilação. Relaciona o Modelo Padrão da física de partículas à evolução cosmológica.

Aula 4 • Termodinâmica do Universo Primordial

Estabelece a relação entre temperatura, densidade de energia e fator de escala no universo primordial. Apresenta o conceito de equilíbrio térmico e sua ruptura.

Aula 1 • Flutuações Quânticas e Espectros Primordiais

Explica como as flutuações quânticas do vácuo do ínflaton são esticadas para escalas macroscópicas. Deriva o espectro de potência quase invariante de escala das perturbações primordiais.

Aula 2 • Além da Inflação de Campo Único

Examina inflação de múltiplos campos, curvaton e alternativas ekpiróticas. Destaca como diferentes modelos produzem assinaturas observacionais distintas.

Aula 3 • Testes Observacionais da Inflação

Conecta previsões inflacionárias a medições de anisotropia da RCF e levantamentos de estrutura em grande escala. Avalia quais modelos inflacionários permanecem viáveis após os dados atuais.

Aula 4 • Problemas que Motivam a Inflação

Identifica os problemas do horizonte, da planura e do monopolo magnético que a cosmologia padrão do Big Bang não consegue resolver. Motiva a necessidade de um período de expansão acelerada inicial.

Aula 1 • Teorias Alternativas de Gravidade

Apresenta abordagens de gravidade modificada, como a MOND, como alternativas à matéria escura em partículas. Avalia seus sucessos e fracassos diante de dados cosmológicos.

Aula 2 • Candidatos a Matéria Escura em Partículas

Revisa WIMPs, áxions, neutrinos estéreis e outros candidatos em partículas. Avalia a motivação teórica e as perspectivas de detecção de cada candidato.

Aula 3 • Estratégias de Detecção de Matéria Escura

Aborda detecção direta, indireta e buscas em colisores para matéria escura. Avalia os limites experimentais atuais e as perspectivas futuras.

Aula 4 • Propriedades Exigidas da Matéria Escura

Deriva as propriedades físicas que a matéria escura deve ter para corresponder às observações. Distingue matéria escura quente, morna e fria e suas consequências estruturais.

Aula 1 • Sondas da Energia Escura

Aborda oscilações acústicas de bárions, lentes fracas e aglomeração de galáxias como sondas da energia escura. Explica como cada uma restringe a história da expansão e o crescimento da estrutura.

Aula 2 • Descoberta da Aceleração Cósmica

Relata as observações de supernovas que revelaram a expansão acelerada e suas implicações. Estabelece a necessidade de um novo componente de energia dominando o universo hoje.

Aula 3 • Modelos Dinâmicos de Energia Escura

Examina quintessência, campos fantasma e outros modelos de campo escalar dinâmico. Compara suas previsões para a evolução de w(z) com dados observacionais.

Aula 4 • Gravidade Modificada como Alternativa à Energia Escura

Examina a gravidade f(R) e outras teorias de gravidade modificada que imitam a energia escura. Distingue suas previsões daquelas da constante cosmológica.

Aula 1 • Espectro de Potência da Matéria

Define o espectro de potência da matéria e explica como ele codifica a distribuição estatística das flutuações de densidade. Conecta-o ao espectro primordial por meio da função de transferência.

Aula 2 • Levantamentos Observacionais e Inferência Cosmológica

Revisa os principais levantamentos espectroscópicos de galáxias e seu papel na medição de parâmetros cosmológicos. Explica ferramentas estatísticas usadas para extrair informação cosmológica de dados de levantamento.

Aula 3 • Formação de Galáxias e Feedback

Delineia como os bárions resfriam e se condensam dentro de halos de matéria escura para formar galáxias. Aborda o feedback estelar e de Núcleo Galáctico Ativo como reguladores da formação estelar.

Aula 4 • Colapso Não Linear e Formação de Halos

Apresenta o modelo de colapso esférico e o formalismo de Press-Schechter para abundância de halos. Apresenta simulações de N-corpos como a ferramenta para formação não linear de estruturas.

Aula 5 • A Teia Cósmica

Descreve a estrutura filamentar em grande escala do universo e sua formação por dinâmica gravitacional. Conecta simulações a levantamentos observados de galáxias.