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RASCUNHO COM TEORIAS PARA ASTRONOMIA E COSMOLOGIA AMADORA 
Por: Adriano Lima. Ver.0 – 26/06/2020 
 
1. TEORIA DAS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS 
 
MODELO PADRÃO 
Teoria que define as forças fundamentais da natureza e as demais partículas elementares que constituem toda a 
matéria. Não é uma teoria completa, pois não descreve a gravidade. 
 
 FÉRMIONS BÓSONS 
 
 
Dois tipos de partículas fundamentais; FÉRMIONS e BÓSONS 
Os férmions são as partículas que constituem a matéria e os bósons são as partículas que transmitem as forças. 
Férmions � Matéria 
Bósons � Forças 
 
Partículas que estão relacionadas à força forte são os Hádrons. As partículas que estão relacionadas à força fraca são 
os Léptons. 
 
As partículas elementares podem sofrer decaimento. Muon pode decair em elétron e dois neutrinos. 
A interação de raios cósmicos com a matéria gera Mésons Pi (Decai) Muons (Decai) Elétron 
 
FÉRMIONS 
Partículas que possuem o SPIN semi-inteiro. 
Obedecem ao Princípio da Exclusão de Pauli. Dois férmions idênticos não compartilham o mesmo estado quântico. 
Divididos entre QUARKS e LEPTONS. 
 
 
 
QUARKS 
É a única partícula que interage através das quatros forças elementares. 
2 Quarks � MÉSONS 
3 Quarks � BÁRIONS (Prótons e Nêutrons). 
 
PÍON 
É composto de um Quark e um Antiquark. É um Méson (2 quarks). 
Instáveis, são produzidos em aceleradores de partículas ou através de prótons da radiação cósmica que se choca 
contra a matéria. Seu decaimento gera múons. 
 
LEPTONS 
 
ELÉTRON 
Salto quântico (Nielson Borh 1913) (transição eletrônica atômica) ocorre quando o elétron muda de camada. O 
eletron mais energético, salta de camada liberando energia na forma de 1 fóton. 
Recebe a energia, salta a camada e devolve a energia recebida. 
 
MÚON 
Spin ½ e carga -1. Partícula instável. Tempo de vida 2,2µs. 
O decaimento ocorre devido à força fraca. Seu decaimento gera elétrons e dois tipos de neutrinos. 
 
NEUTRINOS 
Partículas elementares geradas através da fusão nuclear. 
A maioria vem do núcleo do Sol. 
Os neutrinos podem mudar de tipo. Elétron para Múon ou para Tau. – Oscilação de Neutrinos. 
Todos os objetos que não possuem massa, se movem na velocidade da luz. 
O neutrino não está se movendo na velocidade da luz. 
Para barrar 50% dos neutrinos, teríamos que ter uma barra de chumbo de 1 ano-luz de espessura. 
 
 
BÓSONS (Partículas virtuais) 
Possuem o SPIN inteiro. Não obedece o princípio de Pauli. 
Transmissão da força eletromagnética pelos FÓTONS 
Transmissão da força nuclear forte pelos GLÚONS. Segura os quarks e os prótons e nêutrons no núcleo dos átomos. 
Força nuclear fraca pelos Bósons W e Z. Força do decaimento Beta, múon, 
 
FÓTONS 
Isaac Newton – A luz era composta de partículas corpusculares que sofriam refração e reflexão. 
James Maxwell – A luz é uma onda eletromagnética que se propaga no espaço. 
Einstein – A luz deveria ser quantizada e o quanta de luz é o FÓTON. 
Onda ou partícula? 
A luz sofre refração, dispersão e polarização como as ondas. 
Para entender o efeito fotoelétrico deve-se considerar as partículas chamadas fótons. 
E = f . h (Energia = frequência x constante de Plank). eV.s 
E = m . c² (Energia = massa x velocidade da luz no vácuo ao quadrado) 
 
GRÁVITONS (existência não comprovada) 
Partícula elementar hipotética que seria responsável pela transmissão da gravidade. 
São atrativos e nunca repelem. Possuem massa zero. 
Se existir, deve ser um Bóson de SPIN 2. 
 
BÓSON DE HIGGS 
O campo de Higgs ocupa todo o Cosmos. E é responsável pela massa das demais partículas de matéria. 
O quanta do campo de Higgs é o Bóson de Higgs. 
O Bóson de Higgs é chamado de Partícula de Deus. 
 
 
 
 
2. GLOSSÁRIO 
 
DECAIMENTO ALFA 
Partículas radioativas dois prótons e dois nêutrons emitidos pelo núcleo. Gerando o núcleo 2He. 
O elemento inicial foi convertido em outro. 
 
DECAIMENTO BETA 
Partículas betas são elétrons emitidos pelo núcleo. 
Decaimento do nêutron de um núcleo atômico instável. Gera um próton que aumenta um próton no núcleo e 
diminui um nêutro. O elétron e um neutrino são liberados. 
O elemento instável foi convertido em um elemento estável. 
 
MATÉRIA E ANTIMATÉRIA 
 
 
Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. 
Apenas os Férmions possuem anti-Férmions. 
Através da energia do Big Bang foram formadas duas partículas : Matéria e antimatéria, (Ex: Elétron e Pósitron). 
A mesma quantidade de matéria e antimatéria foi criada no Big Bang. 
Quando matéria e antimatéria se encontram, as mesmas se aniquilam e resultam na produção de fóton (Raios 
Gama). 
Onde está a antimatéria?? (Será que existem galáxias de Anti-matéria?). 
 
MATÉRIA ESCURA E ENERGIA ESCURA 
Os observadores viram que as galáxias estavam girando em torno do núcleo galáctico muito mais rápido que o 
calculado de acordo com a massa observada principalmente nas bordas da galáxia. 
Deveria haver um equilíbrio entre a velocidade orbital e a gravidade. 
Portanto, há mais gravidade que o previsto. Há mais matéria que o previsto. Esta matéria não é observável. 
A massa dinâmica é maior que a massa de luz visível. 4% observável. 96% invisível. 
A-Esperada B-Real 
 
Segundo Neil de Grasse Tyson, a matéria escura pode ser outra dimensão que compartilha com a nossa a sua 
gravidade. 
A gravidade da matéria visível não é forte o suficiente para formar galáxias e estruturas complexas. 
 
ÉTER - Para os gregos Éter era um quinto elemento que formava a esfera celestial. Era diferente de ar, água, terra e 
fogo. 
 
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 
 
Fluxo de energia na velocidade da luz. 
Fluxo de fótons (quanta de luz). 
O Sol emite luz branca (que é a composição de todas as cores). 
Radiações ionizantes possuem alta energia e afetam o DNA. 
 
RADIAÇÃO CÓSMICA DE FUNDO 
Após o Big-Bang restou uma atmosfera composta de plasma aquecido de FÓTONS, ELÉTRONS e BÁRIONS. 
Conforme o universo esfriava (Desvio para o vermelho) os elétrons podiam se ligar aos núcleos de hidrogênio e hélio 
para formar átomos. (3000K – 380.000 anos) 
Os fótons puderam viajar livremente pelo espaço e esfriar ainda mais, 2,7K. 
Todo o espaço está preenchido de micro-ondas (Radiação cósmica de fundo). 
 
EFEITO COMPTON 
Ou espalhamento Compton, é o espalhamento de um FÓTON por uma partícula carregada, geralmente um ELÉTRON 
resultando na diminuição da energia do fóton espalhado na forma de Raios X ou Gama. 
 
DESVIO PARA O VERMELHO – Redshift 
Emissor e Receptor em repouso – Receptor recebe a mesma frequência. 
Emissor se aproximando – A frequência percebida pelo receptor é maior que a enviada pelo emissor. (Azul). 
Emissor se afastando – A frequência percebida pelo receptor é menor que a enviada pelo emissor.(Vermelho). 
DESVIO PARA O VERMELHO GRAVITACIONAL - Com a Teoria da Relatividade Geral, Einstein previu que um raio de luz 
poderia mudar de cor com a atuação de um campo gravitacional. 
Este efeito é devido que para a luz para sair de uma estrela, deve ceder um pouco de energia para vencer o campo 
gravitacional intenso. 
 
 
 
ESPECTRO DE EMISSÃO E ABSORÇÃO 
 
 
 
Kirchhoff criou três Leis para a Espectroscopia, que são: 
• Um corpo opaco quente, em qualquer dos três estados físicos, emite um espectro contínuo. 
• Um gás transparente produz um espectro de emissão, com o aparecimento de linhas brilhantes. O número e 
a posição dessas linhas serão determinados pelos elementos químicos presentes no gás. 
• Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas 
escuras, ou seja, será formado um espectro de absorção. 
 
 
PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI (1925) 
Férmions não podem ocupar o mesmo estado quântico. Exemplo: Em um átomo, ao adicionar o segundo elétron, ele 
adquire o spin oposto. Um terceiro elétron ocupará outra camada. 
Graças ao princípiode exclusão de Pauli a estrela anã branca não colapsa pelo sustento dos elétrons. A estrela de 
nêutrons se sustenta pelos nêutrons. E a estranha estrela de quarks não colapsa. Todas são feitas de férmions. 
 
TEORIA DAS CORDAS 
As partículas são formadas por cordas que apresentam determinada oscilação/vibração. 
Os cálculos preveem que existem mais dimensões que as três espaciais e a temporal. 
 
 
 
3. BIG BANG 
 
• A teoria do Big Bang não busca explicar a origem do universo. Busca explicar a estrutura dele. 
• Era de Plank. 10^-43 segundos. Matéria comprimida em bilhões de vezes menor que um núcleo atômico. 
Temperatura altíssima de bilhões de bilhões de bilhões de graus célsius. 
• Inflação.10^-32 segundos.O universo não explodiu. Ele inflou. Expandiu em trilhões de trilhões de vezes e 
esfriou cerca de 10 bilhões de vezes. 
• Era dos Quarks e Gluons(força forte). 10^-12 segundos. Os quarks e gluons não se uniram e se 
movimentaram em um grande plasma. 
• Era dos Hadrons . 10^-6 segundos. Quarks se uniam para formar prótons, nêutrons e demais partículas 
derivadas dos quarks. Temperatura em 10 bilhões de °C. Os elétrons ainda estavam muito energéticos para 
orbitarem os átomos. 
• 10 anos-luz de comprimento. 1 Segundo. O espaço vazio pode se expandir mais rápido do que a luz. Os 
neutrinos conseguem se desprender do plasma do universo primordial. 
Os neutrinos estão navegando e teoricamente podem ser detectados. Um fluxo de neutrinos poderia dizer 
de onde vem o fluxo do centro do universo. 
• 10 segundos – A maioria dos elétrons e pósitrons se aniquilam e a maior parte do universo é composto por 
radiação. 
• Entre 3 e 20 minutos após o big bang – Formação dos primeiros núcleo pois o universo esfriou o suficiente. 
Hélio (2 p e 2 n) e Lítio (3 p e 3 n). 
• 50 mil anos. Desaceleração da expansão do universo. Houve desequilíbrio na distribuição de matéria. 
Universo composto por radiação presa (gravidade), denso gás de núcleos atômicos e elétrons livres. 
• Surgimento dos primeiros átomos. 380 mil anos. Esfria o suficiente. 75% H, 25% He, quase 0% Li. O gás esfria 
e sua densidade diminui. Os primeiros fótons conseguem escapar. Os primeiros raios de luz do universo 
(radiação cósmica de fundo). O universo esfriou a 30°C (permitindo vida temporária?) 
• Aproximação da matéria. 100 milhões de anos. Matéria se acumulando em futuras estrelas e buracos negros 
primordiais (centro das galáxias?). 
• Nascimentos das estrelas mais velhas. 200 milhões de ano. 
• Começo do brilho das galáxias mais velhas. 400 milhões de anos. 
• Maior parte das galáxias já se formou. 1Bilhão de anos. 
• Expansão lenta do universo pelas atrações gravitacionais das galáxias e da matéria escura. 
• 8,8 Bilhões de anos. Expansão acelerada do universo. (Sem explicação?). 
• 9,2 Bilhões de anos(4,5 bilhões atrás). Supernova espalhou matéria que formou o sistema solar. 
• 4,57 bilhões de anos atrás. O Sol se forma da nebulosa deixada pela supernova. 
• Durante 100 mil anos, a órbita do Sol era composta por resto de matéria em colisão constante. 
• Primeiro se formaram os planetas gasosos. 3 milhões de anos depois, os rochosos. 
 
 
 
4. CICLO DE VIDA DAS ESTRELAS 
 
• Após o surgimento dos primeiros átomos, houve formações de nuvens de gás chamadas nebulosas. 
• A partir dessas nebulosas, houve a formação das primeiras estrelas do universo (aglutinamento por atração 
gravitacional). 
• Condensação das nuvens de gás, mas tem que ser o suficiente para atingir a temperatura da cada dos 
10.000°C. Começa a fusão nuclear: Hidrogênio se junta e forma Hélio. O átomo de Hélio exige menos energia 
que 4 átomos de Hidrogênio. A Fusão libera energia que faz a estrela brilhar. 
• Equilíbrio hidrostático GRAVIDADE� FUSÃO �GRAVIDADE 
• O combustível que mantém a estrela funcionando é o hidrogênio. Não necessariamente se a estrela tem 
mais hidrogênio ela durará mais. Quanto mais H, mais massa, maior o a força gravitacional e mais rápido a 
estrela consome o combustível (H). Quanto mais massiva, menos elas duram. 
• ESTRELAS ATÉ 80% DA MASSA DO SOL 
Os elétrons vão equilibrar a ação gravitacional e manter a estrela como uma estrela ANÃ BRANCA. 
• 80% A 2 VEZES A MASSA DO SOL 
Com a ação da gravidade comprimindo da estrela, o hidrogênio de outras partes da estrela chegam em uma 
zona que é possível continuar a fusão. A estrela vai acumular mais hélio e este hélio vai esquentar até 10 
milhões de °C. Em poucos minutos uma grande quantidade de hélio se fundirá em Carbono e a energia desta 
reação será absorvida pelas camadas de plasma mais externa da estrela. Após isso, a estrela iniciará uma 
reação estável de Hélio em carbono, oxigênio e outros compostos. 
A estrela se tornará uma gigante vermelha fundindo hélio (a camada externa). 
A camada externa gerará uma nebulosa planetária que será expulsa. 
A parte central se tornará uma ANÃ BRANCA. 
A anã branca se tornará uma ANÃ NEGRA. 
• ESTRELAS MUITO MAIORES QUE O SOL 
Começam a fundir o Hélio muito antes que o hidrogênio acabe. Quando o combustível acaba devido a sua 
grande massa, a estrela vai a 100 milhões de °C. Consegue fundir oxigênio, carbono, nitrogênio liberando 
energia. 
Chega uma hora que a estrela chega no Fe56 que ao invés de liberar energia, precisa de energia para se 
fundir. Quando não houver mais elementos para a fusão, a estrela vai colapsar. 
O colapso é tão rápido que a estrela vai explodir liberando energia. Isso é uma supernova. 
É nessa hora que elementos mais pesados são fundidos: Urânio, Ouro e Chumbo por exemplo. 
Se ela for massiva o suficiente, o que sobrou irá se condensar em um buraco negro. Caso não seja tão 
massiva, os elétrons e prótons vão formar nêutrons. Estrela de neutrôns. 
 
ESTRELA DE NÊUTRONS 
Elétron + Próton = Nêutron + Neutrino 
Estrela morta 1x MS � Anã Branca 
Estrela morta 1,39x MS � Estrela de Nêutrons (Limite de Chandrasekhar). Gira centenas de vezes por segundo. 
Sua maior parte é composta por nêutrons, mas haverá também alguns prótons e elétrons. 
O alto giro vai gerar um campo magnético ao redor da estrela. 
 
QUASARES 
Quasares ou “quasi-stellar radio source”. São objetos galácticos muito distantes com um núcleo galáctico muito 
ativo. É maior que uma estrela e menor que o mínimo para ser considerado uma galáxia. Um quasar sozinho emite 
mais luz que 100 a 1000 galáxias. 
 
 
 
Corresponde de 10 a 10.000 vezes o raio de Schwarzschild do buraco negro supermassivo do centro de uma galáxia. 
Possui um redshift muito alto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEMPERATURA DE UMA ESTRELA 
http://ceuaustral.pro.br/tempstar.htm 
DISTÂNCIA DE UMA ESTRELA 
http://www.astronoo.com/pt/artigos/distancia-estrelas.html 
TAMANHO DE UMA ESTRELA 
https://www.if.ufrgs.br/novocref/?contact-pergunta=como-se-pode-calcular-o-tamanho-das-estrelas 
 
http://www.astronoo.com/pt 
 
 São alguns rascunhos de pesquisas que fiz durante a leitura do livro UMA BREVE HISTÓRIA DO TEMPO. HAWKING. 
Stephen. 
 
Rev.0 – Por: Adriano Lima.