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Compreendendo o Universo
através das galáxias
Marcio A.G. Maia
Ciclo de Palestras do LNCC “FIQUE POR DENTRO" 30 de agosto de 2010
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Paisagem Noturna -1
Grande Nuvem de Magalhães
Pequena Nuvem de Magalhães
Cometa McNaught
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Paisagem Noturna -2
Grande Nuvem
de Magalhães
Pequena Nuvem
de Magalhães
Polo Sul Celeste
Olhando o céu à nossa volta
Olhando à nossa volta …
Olhando à nossa volta (um pouco mais longe) …
Olhando à nossa volta (bem mais longe) …
Campo profundo Sul obtido pelo telescópio espacial Hubble
Galileo Galilei (cerca de 1610)
Utilizando uma luneta, por ele (re)inventada,
confirma que a Via Láctea é formada por estrelas.
Além disso, vê satélites de Júpiter o que reforça a
teoria heliocêntrica.
“A Via Lactea não é nada mais do que umamassa de inumeráveis estrelas plantadasjuntas em aglomerações. Para qualquer parteque você dirija o telescópio, imediatamenteuma vasta multidão de estrelas apresenta-sea vista.”
Galileo (1610)
Eppur si muove !
O que é um telescópio ?
Perspicillum
de Galileu
O que é um telescópio ?
É um "balde" para coletar luz.
Compilou o Catalogue des nébuleuses et des
amas d'étoiles que l'on découvre parmi les
étoiles fixes, sur l'horizon de Paris. Nele
estão as primeiras referências a aglomerados
de galáxias. Messier listou 103 nebulæ, 30
das quais são galáxias.
Charles Messier (1784)
M101M1
Nebulosa do Caranguejo Galáxia do Cata-vento
Suas descobertas com o telescópio construído por
ele mesmo, fizeram com que o rei da Inglaterra
financiasse a construção do maior telescópio da
época, com 1.47m de abertura.
Em 1785 ele publicou On the Construction of the
Heavens, no qual sugeriu que “o sistema sideral
que habitamos” é uma nebulosa comum em
aparência a muitas outras, as quais por sua vez,
devem ser externas à nossa.
Wilhelm Herschel (1785)
Descrição de Herschel para a Via Láctea
William Parsons (Lorde Rosse) 1845
Constrói um telescópio de 1.80m de
diâmetro e descobre que algumas
nebulosas possuíam formato espiralado.
Desenhos de Parsons mostrando que algumas
“nebulosas” apresentam uma estrutura espiral.
M51
M101
Edwin Hubble (1923-1929)
Determina a distância de uma
“nebulosa” na constelação de
Andrômeda, usando, para isso,
uma estrela cefeida (1923).
Demonstrou que algumas delas
são de natureza extragaláctica.
Observando mais galáxias, e
adicionando os dados de Slipher,
Hubble concluiu que: as galáxias
se afastam mais rapidamente
quanto mais longe estão (1929).
H0 ~ 70 km/s/Mpc
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Matéria Escura – Primeiras evidências
Aglomerado de Coma
Em 1933 Fritz Zwicky mostra que a
massa do aglomerado de Coma era
diferente quando determinada pelo
teorema do virial ou pela relação
M/L de suas galáxias. Sobrava
alguma matéria não visível – hoje
chamada de matéria escura.
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Velocidade de Rotação de Galáxias Espirais
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A “brilhante” idéia da Matéria Escura
Para explicar a curva de rotação observada, que contraria a tendência de
queda da velocidade de rotação nas suas partes externas, foi sugerida a
existência de matéria além dos limites observáveis da galáxia.
Representação da
distribuição de matéria
escura em torno de
uma galáxia
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A “brilhante” idéia da Matéria Escura
No início do Universo, as
matérias escura e bariônica
estavam homogeneamente
distribuídas.
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A “brilhante” idéia da Matéria Escura
No início do Universo, as
matérias escura e bariônica
estavam homogeneamente
distribuídas.
Pequenas flutuações de
densidade na distribuição de
matéria escura fizeram com
que esta produzisse certas
concentrações deste
material.
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A “brilhante” idéia da Matéria Escura
No início do Universo, as
matérias escura e bariônica
estavam homogeneamente
distribuídas.
Pequenas flutuações de
densidade na distribuição de
matéria escura fizeram com
que esta produzisse certas
concentrações deste
material.
Mais tarde quando o
Universo estava mais frio, a
matéria bariônica começou a
ser puxada para estes poços
de potenciais.
Aglomerado de galáxias 1E 0657-56 (Bullet )
Este aglomerado é resultado da colisão de dois outros. O gás emissor
em raio-x é mostrado em vermelho e a matéria escura em azul. Esta
imagem é considerada uma prova da existência da matéria escura.
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Como resolver o quebra-cabeça ?
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Candidatos a Matéria Escura
Matéria Ordinária
- Gás e poeira (matéria visível é composta de 75% de Hidrogênio)
- MACHOS (Massive Halo Compact Objetcs, Planetas, anãs marrons,…)
A quantidade de matéria escura é 10 vezes maior
do que a de matéria convencional (bariônica).
Matéria ou Teoria Exótica
- Neutrinos
- WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles)
- Mudança da Gravidade
Até o momento não há nenhuma detecção
direta de matéria escura.
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Inventário da matéria visível do universo
29Um novo protagonista
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A Energia Escura – A descoberta da expansão
acelerada do Universo
SN 1994D
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Supernova tipo Ia
Supernova Ia é a explosão de uma estrela anã branca em um
sistema binário. Esta explosão libera sempre, mais ou menos a
mesma quantidade de energia, a qual pode ser determinada
através do máximo de seu brilho.
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Supernova tipo Ia
Simulações sobre explosão de SN Ia
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Encontrando Supernovas:
Subtração de Imagens
Antes
SN 2002ha (Ia) z = 0.014
A Energia Escura
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Encontrando Supernovas:
Subtração de Imagens
Antes Depois
SN 2002ha (Ia) z = 0.014
A Energia Escura
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Encontrando Supernovas:
Subtração de Imagens
Antes Depois Diferença
SN 2002ha (Ia) z = 0.014
A Energia Escura
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Curvas de Luz + Redshift
A relação entre distância e redshift é diferente em um universo acelerado.
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Descoberta da
Aceleração
Cósmica com
Supernovas
distantes (alto z).
Aplica-se a mesma
Relação Brilho-
Declínio da Luz
em altos z.
SNe que
explodiram quando
o Universo tinha
2/3 de seu
tamanho atual são
~25% mais fracas
que o esperado.
= 0.7
= 0.
m = 1.
Dis
tân
cia
redshift
Acelerando
Sem aceleração
A Energia Escura
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A Energia Escura
A energia escura é uma força desconhecida acelerando a
expansão do universo. Foi descoberta através de
observações de supernovas distantes.
Esta expansão diminuiu a aglomeração de matéria escura,
um dos maiores constituintes do universo.
Se conseguirmos medir com precisão a expansão de
Hubble, e entendermos o crescimento das estruturas,
podemos testar teorias sobre a física da energia escura,
pois distintas teorias prevêem diferentes cenários.
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Inventário da matéria e energia do universo
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Simulação do Milênio
Distribuição de galáxias
Distribuição de matéria escura
Matéria comum e escura se distribuem de formas similares pelo universo !
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Para onde vai tudo isso ?
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Energia Escura e o Destino do Universo
A natureza da Energia Escura determina o futuro do
Universo.
Aceleração continuada: o Universo além do Grupo
Local de galáxias desaparecerá além do horizonte em
~100 bilhões de anos.
“Energia Escura Fantasma”: em algumas teorias, a
densidade de energia escura cresce com o tempo,
leavando a uma sempre crescente taxa de expansão.
Eventuamente galáxias, estrelas, átomos serão
desmembrados.
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A Busca pela Energia Escura
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O Universo é escuro
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Outras formas de estudar a Energia EscuraLentes Gravitacionais (miragens cósmicas)
A matéria tem a propriedade de curvar o espaço, e
consequentemente a trajetória de um raio luminoso. Este
efeito pode ser usado para estudar a distribuição de
matéria pelo universo.
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Outras formas de estudar a Energia EscuraLentes Gravitacionais
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Outras formas de estudar a Energia EscuraAglomerados de Galáxias
Z=0.041 Z=0.277
Z=0.377
Nestas imagens pode-se ver como a cor,
magnitude, e tamanho dos aglomerados
variam com o redshift. Seus tamanhos
são influenciados pela sua massa e pela
energia escura.
Z=0.138
52
52
SDSS
Outras formas de estudar a Energia EscuraDistribuição de Galáxias em Grande Escala
A Era Dourada da Cartografia Cósmica
Projetos cosmográficos
em curso durante nossas
vidas expandiram
enormemente o volume
do Universo “conhecido”.
Devemos esperar uma
era na qual o Universo
visível não tenha um
“cosmos incognita”.
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Outras formas de estudar a Energia EscuraDistribuição de Galáxias em Grande Escala
Através da distribuição de
galáxias no cosmos ao
longo do tempo (redshift)
podemos inferir o grau de
aglomeração dos objetos e
entender como a energia
escura afeta a evolução do
universo como um todo.
Não se deixe enganar pelo lado luminoso do Universo !O lado escuro é que domina.
A Matéria Escura o mantém unido.
A Energia Escura determina seu destino.
D.W.
O que estamos fazendo para
entender a energia escura ?
http://www.des-brazil.org/
http://www.on.br/sdss3/
O que estamos fazendo para
entender a energia escura ?
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2011-2016
The Dark Energy Survey
Telescópio Blanco de 4-metros no Chile
58The Dark Energy SurveyTelescópio Blanco de 4 m
? ? ?
59
The Dark Energy SurveyDECam
3.6 m
1.6 m
Hexapod
Lentes
Controles
de filtros O projeto inclui
gerenciamento
de grande
quantidade de
dados e prevê
melhorias no
telescópio.
Leitura para
> 70 CCDs
Câmera de 500 Mpix
O Universo em seis linhas- O Universo começou há ~14 bilhões de anos, quente,
denso e bastante uniforme;
- As estruturas evoluíram de flutuações quânticas do vácuo;
- Estrelas, planetas, galáxias, aglomerados de galáxias,
formaram-se de material primordial colapsando por efeito
da gravidade, nos halos de matéria escura;
- Aglomerados formam-se pela queda de “bolsões” de
matéria ao longo de filamentos;
- As galáxias formaram primeiramente suas estrelas,
depois terminaram de se formar, e mais recentemente
estão construindo os aglomerados e superaglomerados;
- A composição do Universo é de 5% matéria normal, 25%
de matéria escura e 75% de alguma forma de energia que
produz a sua expansão acelerada;
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Resumo da Ópera
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Reflexões
Somos seres feitos de cinzas de estrelas,
moramos na periferia de uma galáxia situada
nos arrabaldes de um superaglomerado, que
por sua vez encontra-se em um canto
qualquer do Universo, o qual é feito na sua
maior parte, sabe-se lá do que !!!
http://staff.on.br/maia
