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O Lado Escuro do Universo Martín Makler  ICRA/CBPF

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O Lado Escuro do Universo

Martín Makler 

ICRA/CBPF

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O Cosmos Dinâmico

O Universo em Expansão

“O universo não é uma idéia minha. A minha idéia do Universo é que é uma idéia minha.”

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A Expansão do Universo● Henrietta Leavitt (1912): 

■ método para medir grandes distâncias com estrelas cefeidas

● Vesto Slipher (1917): ■ medida da velocidade de galáxias

● Edwin Hubble (1923): ■ descobre a natureza extragaláctica das “nebulosas 

espirais” (Andrômeda)● Hubble (1929): 

■ descobre a expansão do universo

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Espectro de Linhas

Linhas de absorção devido à presença de gás

• Cada elemento químico possui linhas características• Instrumento central em Astronomia

• Composição química.... e• Velocidade!

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O Desvio para o Vermelho● Efeito Doppler

1 /: 1 / ,   para 1 /

v cz    v c v  cv c

ll

D += = - <<

-

Desvio parao azul

Desvio parao vermelho

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O desvio para o vermelho

el

rl

r e

e

z l ll-

=

Espectro observado

Espectro “de referência”

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A Expansão do Universo● Vesto Slipher (1917): desvio para o 

vermelho de galáxias (13 de 15)

● Hubble (1929): descobre a expansão do universo

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A Expansão do Universo I

A        B       C

v­vEm relação a B

2v­2v

A        B       C

v­v

Em relação a A

Homogênea e aumenta linearmente com a distância

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A Expansão do Universo IHomogênea e Isotrópica em Grandes Escalas

Não é explosão! Não possui centro!

Relação linear: 0v H d=

0 100 / /H hKm s Mpc=

O Parâmetro de Hubble:

Dados do Hubble: h = 5

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O Diagrama de Hubble (Versão Atual)

Distância (Mpc)

Velo

cidad

e (km

/s)

Dados do Hubble

0.72 0.08h =astro­ph/0012376 (Astrophys. J. 553, 47 (2001))

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O Lado Escuro do Universo

Episódio I

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Grupos de GaláxiasO Grupo Local

Tamanhos fora de escala

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Aglomerados de Galáxias

Aglomerado de ComaAglomerado de Hydra

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A Matéria Escura● Dispersão de velocidades em 

aglomerados (Zwicky 1934)

2 K GE E= -Teorema do Virial

221 1 1

2 2 2i ii

GMm vR

- -:

22RvMG

:

Matéria 

escura

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Aglomerados em raios­x

Aglomerado de Hydra

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Aglomerado de comaComa no ótico

Coma em raios x

Mgás ~ 20 x Mestrelas

Ainda assim matéria escura é 80%Gás é distribuido mais suavemente

Matéria 

escura

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Lentes Gravitacionais

“deformação” da trajetória da luz pelo espaço­tempo curvo

Imagens múltiplas

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Efeito Fraco de Lente Gravitacional

 Deformação (e magnificação) das imagens das galáxias

 Orientação na direção tangencial Matéria 

escura

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Comparação entre medidas da matéria escura em aglomerados

E. S. Cypriano, et al., astro­ph/0504036

z = 0.17Matéria escura é menos concentrada

• efeito fraco de lente gravitacional• emisão de raios­x • dispersão de velocidades ⇒ concordam em ~ 20% (para aglomerados relaxados)

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astro­ph/9909252M33

matéria escura

disco estelar

gás

A Matéria Escura em Galáxias

● Curvas de rotação de galáxias

[ ]GM r

rV r

r( ) ( )2

2

=

Estimativa simples:

3 10Halo VisivelM M-

Matéria escura é menos concentrada

Matéria 

escura

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Aglomerados de Galáxias● 3 formas de medir a massa com aglomerados:

■ Movimento das galáxias (virial)■ Lente gravitacional■ Emissão de raios­x

Mgás ~ 20 x Mestrelas

Ainda assim matéria escura é 80%Gás é distribuido mais suavemente

Hydra A no ótico

Hydra A em raios x

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Matéria Escura no UniversoEvidências:● Curvas de rotação de galáxias ● Movimentos de galáxias e aglomerados (virial e grande escala)● Fluxos de raios­X em aglomerados● Lentes gravitacionais● Efeito Sunyaev­Zel’dovichHá ~5x mais matéria escura que matéria usual!Não Bariônica: Não interage com a matéria bariônica 

       (não dissipa nem emite luz)Onde está a matéria “ordinária”?● Matéria visível (estrelas): 10%● A maior parte da matéria bariônica é “escura” (gás, planetas, BN)

A matéria escura é a componente ­ que se aglomera ­ dominante da densidade de massa do Universo

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A Estrutura em Grande Escala

Fazendo um “Mapa” do Universo

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Galáxias no HUDF

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Estrutura em Grande Escala

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Lei de Hubble (de Sitter)

Mapa 3D do Universo0v H d≈

v cz c λ λ= = ∆Efeito Doppler1

0d H cz-exp pec na realidade  v = v v  +

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Estruturas complexas: Filamentos, paredes e bolhas,

contendo 80% da matéria luminosa

Mais de 220.000 galáxias

Mapa do Two Degree Field

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Fazendo um Mapa do Universo

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Imagens das galáxias (2D)      Posição incluindo a distância (3D) 

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Mapa 3D da Estrutura em Grande Escala

● Cor intínseca (g­r)

● Relação cor­luminosidade

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Mapa 3D da Estrutura em Grande Escala

● 145.000Galáxias

0.02<z<0.22

Relação cor­densidade“dedos de Deus” 

vermelhos

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O Sloan Digital Sky Survey

Dados tornados públicos em 2005 (DR4):■ Cobertura angular de ~16% do céu■ Fotometria de 180 milhões de galáxias, quasares e 

estrelas■ Espectro (desvio para o vermelho) de 565.715 

galáxias, 76.483 quasares e 153.087 estrelas■ 12 TB de dados■ A fotometria já foi completada (9100 graus quadrados)

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As escalas no Universo

Existem cerca de 60 bilhões de galáxias no 

Universo!60.000.000.000