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IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura Matéria escura em galáxias e em galáxias e aglomerados de aglomerados de galáxias galáxias Abílio Mateus Jr. Abílio Mateus Jr. IAG/USP IAG/USP

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Page 1: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005

Matéria escura Matéria escura em galáxias e em galáxias e

aglomerados de aglomerados de galáxiasgaláxiasAbílio Mateus Jr.Abílio Mateus Jr.

IAG/USPIAG/USP

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Primeiros Primeiros indíciosindícios

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Matéria invisível?Matéria invisível?

1844 - Bessel: medidas das posições de Sírius e Procyon

Massa invisível

1862: Clark: observação de Sírius B (anã-branca)

1932 - Oort: estrelas no disco da Galáxia

Estrelas contribuem

com cerca de 30 – 50% da

massa

Matéria escura? MACHOS?

1933 - Zwicky: aglomerado de Coma

10 a 100 vezes mais massa do

que a luminosa

Matéria escura? Gás quente?

1970 - Freeman: curvas de rotação de galáxias

Movimentos não-

Keplerianos

Matéria escura? Gás frio? MOND?

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Galáxias: curvas de Galáxias: curvas de rotaçãorotação

Equation here

M

Page 6: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Aglomerados de galáxiasAglomerados de galáxias

Métodos de determinação de massaMétodos de determinação de massa Teorema do virial (supõe equilíbrio!)Teorema do virial (supõe equilíbrio!) Raios-X (supõe equilíbrio!)Raios-X (supõe equilíbrio!) Lentes gravitacionaisLentes gravitacionais Fração de bárionsFração de bárions

Page 7: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Raios-XRaios-X

Mulchaey et al. (1993)

ROSAT

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Abell 2218 (Hubble Space Telescope)

Lentes gravitacionaisLentes gravitacionais

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Caráter não-Caráter não-bariônico da bariônico da

matéria escuramatéria escura

Page 10: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Nucleossíntese Nucleossíntese primordialprimordial

ΩΩbb = 0,040 = 0,040 ± 0,006 ± 0,006 (Steigman 2004)(Steigman 2004)

WMAP:WMAP:

ΩΩbb = 0,044 = 0,044 ± 0,004± 0,004

Burles et al. (1999)

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Formação de estruturasFormação de estruturas2dF Galaxy Redshift

Survey

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Page 13: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Contexto cosmológicoContexto cosmológico

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Bárions escurosBárions escuros

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Matéria bariônicaMatéria bariônica

Contribuição de matéria luminosaContribuição de matéria luminosa

++

Conteúdo bariônico Conteúdo bariônico (nucleossíntese primordial ou (nucleossíntese primordial ou

observações CMB)observações CMB)

== 90% dos bárions do Universo 90% dos bárions do Universo

são escuros!são escuros!

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Matéria bariônicaMatéria bariônica

Raffelt (1997)

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Matéria bariônicaMatéria bariônica

Quais os possíveis candidatos para Quais os possíveis candidatos para essa matéria escura bariônica?essa matéria escura bariônica? Massive Astrophysical Compact Halo Massive Astrophysical Compact Halo

Objects (MACHOs)?Objects (MACHOs)? Nuvens moleculares?Nuvens moleculares? Gás intergaláctico frio?Gás intergaláctico frio? Gás morno/quente?Gás morno/quente?

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CandidatosCandidatos

MACHOs: eventos de microlentes MACHOs: eventos de microlentes ocorrem, mas não são suficientes ocorrem, mas não são suficientes para povoar todo o halo galácticopara povoar todo o halo galáctico

Anãs marrons, brancas, são Anãs marrons, brancas, são descartadas (Evans 2002)descartadas (Evans 2002)

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ΛΛCDM em galáxiasCDM em galáxias

Problemas encontrados:Problemas encontrados: Distribuição de matéria centralmente Distribuição de matéria centralmente

concentradaconcentrada Discos de galáxias menores do que o Discos de galáxias menores do que o

observadoobservado Elevado número de galáxias satélites Elevado número de galáxias satélites

anãs, grande número de subestruturas anãs, grande número de subestruturas que não são observadasque não são observadas

Bárions na forma de um gás frio Bárions na forma de um gás frio condensado poderiam ajudar a condensado poderiam ajudar a resolver estes problemas?resolver estes problemas?

Page 20: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Gás frio em espiraisGás frio em espirais

Matéria escura Matéria escura somente é necessária somente é necessária além do disco visível além do disco visível de uma galáxiade uma galáxia

Envelope gasoso Envelope gasoso funciona como um funciona como um regulador da formação regulador da formação estelarestelar

Sequência morfológica: Sequência morfológica: espirais possuem mais espirais possuem mais matéria escura (gás!) matéria escura (gás!) que elípticasque elípticas

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Gás frio e formação de Gás frio e formação de galáxiasgaláxias

Bárions dominam as regiões centrais Bárions dominam as regiões centrais das galáxias, mascarando os “cusps” das galáxias, mascarando os “cusps” de matéria escurade matéria escura

Extensos envelopes em torno das Extensos envelopes em torno das galáxias, menor perda de momento galáxias, menor perda de momento angular por fricção dinâmica (raios angular por fricção dinâmica (raios maiores)maiores)

Galáxias pequenas mais susceptíveis Galáxias pequenas mais susceptíveis a fragmentação e fusões, reduzindo a fragmentação e fusões, reduzindo o número de subestruturaso número de subestruturas

Combes (2003)

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Bárions em aglomeradosBárions em aglomerados

O fato de que gás poderia estar O fato de que gás poderia estar altamente condensado em galáxias altamente condensado em galáxias também é suportado pela alta fração também é suportado pela alta fração bariônica em aglomeradosbariônica em aglomerados

A maioria dos bárions está no ICM A maioria dos bárions está no ICM quentequente

Gás removido diretamente das Gás removido diretamente das galáxias (galáxias (ram pressure strippingram pressure stripping), ou ), ou por ventos, enriquece o ICMpor ventos, enriquece o ICM

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Bárions em aglomeradosBárions em aglomerados

Em geral, a fração bariônica em Em geral, a fração bariônica em aglomerados é tomada como aglomerados é tomada como representativa do Universorepresentativa do Universo

Porém...Porém...

Douspis (2004)

Page 24: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Bárions em aglomeradosBárions em aglomerados

Ettori (2003)

Estrelas

Gás morno?

ICM

Page 25: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Matéria e Matéria e energia no energia no UniversoUniverso

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Matéria bariônicaMatéria bariônica

Censo da fração bariônica no Censo da fração bariônica no UniversoUniverso 7% em gás quente7% em gás quente 24% no meio intergaláctico “morno” 24% no meio intergaláctico “morno”

(10(1055 – 10 – 1077 K) K) 38% no meio intergaláctico “frio”38% no meio intergaláctico “frio” 9% em estrelas et al.,9% em estrelas et al., e 22% de bárions escuros associados e 22% de bárions escuros associados

com estruturas colapsadascom estruturas colapsadas

Valageas et al. (2002)Valageas et al. (2002)

Page 27: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

1.02 ± 0.02

0.044 ± 0.004

0.73 ± 0.04

0.23 ± 0.04

0.005 ± 0.002

0.001 < Neutrinos < 0.05

0.27 ± 0.04

Matéria e energia no Matéria e energia no UniversoUniverso

Onde estão 90% dos

bárions

Do que é feita 90% da matéria

não-bariônica do

Universo

Energia do vácuo?

Quintessência? ...

Page 28: IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP

Valor de Valor de ΩΩMMPeebles (2004)

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