Aglomerados de galáxias provam a existência da matéria escura
Uma imagem do Hubble do aglomerado de galáxias MACS J0717, que contém uma enorme quantidade de informações sobre o próprio aglomerado graças à luz das galáxias de fundo. Crédito da imagem: ESA/Hubble, NASA e H. Ebeling.
Você não precisa detectar uma partícula para saber que a matéria escura é real.
Você pode odiar a gravidade, mas a gravidade não se importa. – Clayton Christensen
Nos anos 1970, Observações de Vera Rubin mostrou que a rotação galáctica era muito rápida nos arredores para que a matéria normal fosse explicada sozinha.
Estrelas rastreáveis, gás neutro e aglomerados globulares (ainda mais distantes) apontam para a existência de matéria escura, que tem massa, mas existe em um grande halo difuso muito além da localização da matéria normal. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Stefania.deluca.
Mas 40 anos antes, Fritz Zwicky observou os movimentos de galáxias individuais dentro de aglomerados e encontrou o mesmo efeito.
O aglomerado de galáxias Coma, cujas galáxias se movem muito rapidamente para serem explicadas pela gravitação, dada a massa observada sozinha. Crédito da imagem: KuriousG do Wikimedia Commons, sob uma licença c.c.a.-s.a.-4.0.
Mesmo quando aprendemos a observar gás, poeira, plasma, estrelas e planetas falidos, a matéria normal explica apenas 15% do sinal gravitacional que vemos.
Esta imagem ilustra um efeito de lente gravitacional devido à distorção do espaço pela massa. Crédito da imagem: NASA, ESA e Johan Richard (Caltech, EUA); Agradecimentos: Davide de Martin & James Long (ESA/Hubble).
A chave para entender as observações gravitacionais surge das lentes gravitacionais, onde a massa dobra a luz das estrelas de fundo.
Seis exemplos das fortes lentes gravitacionais que o Telescópio Espacial Hubble descobriu e fotografou. Crédito da imagem: NASA, ESA, C. Faure (Zentrum für Astronomie, Universidade de Heidelberg) e J.P. Kneib (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille).
Sob configurações fortuitas, as galáxias de fundo são deformadas em arcos e múltiplas imagens distorcidas.
O aglomerado de galáxias Abell 68 e suas muitas galáxias de fundo distorcidas e com lentes. Crédito da imagem: NASA e ESA. Agradecimento: N. Rose.
Este fenômeno – lente forte – nos permite determinar a massa total do aglomerado.
Qualquer configuração de pontos de luz de fundo - estrelas, galáxias ou aglomerados - será distorcida devido aos efeitos da massa de primeiro plano por meio de lentes gravitacionais fracas. Mesmo com ruído de forma aleatória, a assinatura é inconfundível. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons TallJimbo.
Mesmo sem configurações ideais, lentes gravitacionais fracas causam uma distorção bem definida na forma de galáxias de fundo.
O aglomerado de galáxias SDSS J1004+4112 distorce severamente a luz das galáxias de fundo, permitindo-nos medir sua massa. Crédito da imagem: ESA, NASA, K. Sharon (Universidade de Tel Aviv) e E. Ofek (Caltech).
Com numerosas contagens de galáxias – obtidas em qualquer lugar com observações profundas do telescópio – a massa total de qualquer aglomerado de galáxias pode ser reconstruída.
A sobreposição no canto inferior esquerdo representa a distorção das imagens de fundo devido à lente gravitacional esperada dos halos de matéria escura das galáxias em primeiro plano, indicadas por elipses vermelhas. Os bastões de polarização azuis indicam a distorção. Crédito da imagem: Mike Hudson, de cisalhamento e lentes fracas no campo Hubble Deep. Sua página de pesquisa está em http://mhvm.uwaterloo.ca/ .
Consistentemente, cerca de cinco vezes mais massa é necessária em comparação com a matéria normal existente.
Quatro aglomerados de galáxias em colisão, mostrando a separação entre os raios X (rosa) e a gravitação (azul), indicativo de matéria escura. Crédito das imagens: Raio-X: NASA/CXC/UVic./A.Mahdavi et al. Óptico/Lente: CFHT/UVic./A. Mahdavi et ai. (superior esquerdo); Raio-X: NASA/CXC/UCDavis/W.Dawson et al.; Óptico: NASA/STScI/UCDavis/W.Dawson et al. (canto superior direito); ESA/XMM-Newton/F. Gastaldello (INAF/ IASF, Milão, Itália)/CFHTLS (canto inferior esquerdo); Raio-X: NASA, ESA, CXC, M. Bradac (Universidade da Califórnia, Santa Bárbara) e S. Allen (Universidade de Stanford) (canto inferior direito).
Além disso, quando aglomerados de galáxias colidem, a reconstrução de massa a partir de lentes fracas mostra uma separação inevitável da matéria normal.
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Nenhuma teoria alternativa da gravidade explica tudo isso. Precisamos de matéria escura.
Nas escalas maiores, a forma como as galáxias se agrupam observacionalmente (azul e roxo) não pode ser correspondida por simulações (vermelho), a menos que a matéria escura seja incluída. Crédito da imagem: Gerard Lemson & the Virgo Consortium, com dados do SDSS, 2dFGRS e Millennium Simulation, via http://www.mpa-garching.mpg.de/millennium/ .
Principalmente Mute Monday conta a história de um único fenômeno astronômico ou objeto em sua maioria visual, limitado a não mais de 200 palavras.
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