La asignatura está dirigida a alumnos de último año de licenciatura para los cuáles supondremos conocimientos de astronomía, relatividad general, física de partículas y física nuclear. Su objetivo es dar una descripción relativista del comportamiento dinámico del universo. La recesión de las galaxias sugiere el problema de un universo en evolución. Esta hipótesis se muestra muy fértil y la asignatura se dedica a desarrollar sus implicaciones. Si el universo era muy caliente en sus inicios, se producirán reacciones nucleares, electro-débiles, etc, que dejaran una impronta en el universo observable: la abundancia relativa de los elementos ligeros y el fondo de microondas. Una vez que el modelo de Big Bang está justificado experimentalmente, se extiende para incorporar un mecanismo que nos permita formar galaxias. Los dos últimos temas son más especulativas y en ellas se encuadra parte de nuestra labor investigadora. Aunque su caracter es menos formal, creemos necesario incluirlas para motivar el espíritu crítico del alumno.

Programa.

1. El Universo Observado.

• 1.1 Galaxias. Ley de Hubble.
• 1.2 Medida de distancias.
• 1.3 Densidad media. Edad del Universo.
• 1.4 El fondo de Microondas.
• 1.5 Homogeneidad e isotropía del universo a gran escala.

2. Cosmografía.

• 2.1 Principio cosmológico.
• 2.2 Métrica de Robertson-Walker.
• 2.3 Ley de Hubble. Redshift.
• 2.4 Funciones de distribución en un universo en expansión.
• 2.5 Geodésica de la métrica de R-W. Distancias.
• 2.6 Cuentas de galaxias. Paradoja de Olbers.

3. Modelos de Friedmann.

• 3.1 Ecuaciones de Friedmann.
• 3.2 Ecuaciones de estado. Universo dominado por la materia y por
• la radiación.
• 3.3 Densidad Crítica.
• 3.4 Horizontes.
• 3.5 Limitaciones de los modelos de Friedmann.
• 3.6 Principio cosmológico perfecto.

4. Historia Térmica del Universo.

• 4.1 Funciones de distribución. Presión de un gas relativista.
• 4.2 Equilibrio termodinámico. Entropía.
• 4.3 Resumen de la historia térmica del universo.
• 4.4 Desacoplamiento del gas de neutrinos.
• 4.5 Aniquilación de pares electrón positrón.
• 4.6 Desacoplamiento materia-radiación.

5. Nucleosíntesis.

• 5.1 Nucleosíntesis estelar.
• 5.2 Ecuación de Saha.
• 5.3 Condiciones iniciales. Desacoplamiento entre bariones.
• 5.4 Síntesis de elementos ligeros.
• 5.5 Abundancias primordiales. Comparación con las observaciones.
• 5.6 Discusión.

6. Formación de Galaxias.

• 6.1 Materia luminosa y materia oscura.
• 6.2 Teoría newtoniana de perturbaciones.
• 6.3 Crecimiento lineal.
• 6.4 Supresión del cremiento de las perturbaciones.
• 6.5 Espectro de Harrison-Zel'dovich.
• 6.6 Perturbaciones adiabáticas e isotermas.

7. Fluctuaciones de Temperatura en el Fondo de Microondas.

• 7.1 Propagación de radiación en universos inhomogeneos.
• 7.2 Efecto Sachs-Wolfe. Efecto Doppler. Perturbaciones intrínsecas.
• 7.3 Observaciones: COBE y fluctuaciones a pequeña escala
• 7.4 Efecto Sachs-Wolfe integrado y efecto Rees-Sciama.
• 7.5 Gas en cúmulos de Galaxias. Efecto Sunyaev-Zel'dovich. Medida de Ho.

8. Inflación.

• 8.1 Condiciones iniciales en los modelos de Friedmann.
• 8.2 Algunos modelos inflacionarios.
• 8.3 Origen del espectro de Harrison-Zel'dovich.
• 8.4 La inflación como paradigma.