Novo método para rastrear a matéria escura revela sua localização, abundância como nunca antes
Esta imagem mostra o maciço e distante aglomerado de galáxias Abell S1063. Como parte do programa Hubble Frontier Fields, este é um dos seis aglomerados de galáxias a serem fotografados por um longo tempo em muitos comprimentos de onda em alta resolução. A luz difusa, branco-azulada mostrada aqui é a luz estelar intracluster real, capturada pela primeira vez. Ele traça a localização e a densidade da matéria escura com mais precisão do que qualquer outra observação visual até o momento. (NASA, ESA E M. MONTES (UNIVERSIDADE DE NOVA GALES DO SUL))
Quando as estrelas são ejetadas de galáxias dentro de aglomerados massivos, elas vão para onde está a matéria escura.
A matéria escura é um dos maiores mistérios do Universo, exibindo seus efeitos em todas as estruturas cósmicas massivas e de grande escala.
Em teoria, a maioria da matéria escura em qualquer galáxia existe em um vasto halo envolvendo a matéria normal, mas ocupando um volume muito maior. Embora grandes galáxias, aglomerados de galáxias e estruturas ainda maiores possam ter seu conteúdo de matéria escura determinado indiretamente, é um desafio traçar a distribuição de matéria escura com precisão. (ESO / L. CALÇADA)
Ele não emite nem absorve luz como a matéria normal, mas seu impacto gravitacional é inegável.
O aglomerado de galáxias MACS 0416 do Hubble Frontier Fields, com a massa mostrada em ciano e a ampliação da lente mostrada em magenta. Essa área de cor magenta é onde a ampliação da lente será maximizada. Mapear a massa do aglomerado nos permite identificar quais locais devem ser sondados para as maiores ampliações e candidatos ultradistantes de todos. (STSCI/NASA/CATS TEAM/R. LIVERMORE (UT AUSTIN))
Formando grandes halos em torno de galáxias individuais, ele mantém os aglomerados de galáxias e a grande teia cósmica juntos.
Projeção em grande escala através do volume Illustris em z=0, centrado no aglomerado mais massivo, 15 Mpc/h de profundidade. Mostra a densidade da matéria escura (esquerda) em transição para a densidade do gás (direita). A estrutura em grande escala do Universo não pode ser explicada sem a matéria escura. O conjunto completo do que está presente no Universo determina que a estrutura se forme primeiro em pequenas escalas, eventualmente levando a progressivamente maiores e maiores. (COLABORAÇÃO DISTINTA / SIMULAÇÃO FAMOSA)
Ao medir a luz distorcida de galáxias distantes atrás de um aglomerado de galáxias, os cientistas podem reconstruir a massa total do aglomerado.
Qualquer configuração de pontos de luz de fundo, sejam estrelas, galáxias ou aglomerados de galáxias, 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. Examinando a diferença entre galáxias de primeiro plano (não distorcidas) e de fundo (distorcidas), podemos reconstruir a distribuição de massa de objetos extensos massivos, como aglomerados de galáxias, em nosso Universo. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS TALLJIMBO)
Em cada aglomerado de galáxias, a maior parte da massa está fora das galáxias: há um enorme halo de matéria escura.
Um aglomerado de galáxias pode ter sua massa reconstruída a partir dos dados de lentes gravitacionais disponíveis. A maior parte da massa é encontrada não dentro das galáxias individuais, mostradas como picos aqui, mas no meio intergaláctico dentro do aglomerado, onde a matéria escura parece residir. As observações de atraso de tempo da supernova Refsdal, por exemplo, não podem ser explicadas sem a presença de matéria escura. (A. E. EVRARD. NATURE 394, 122–123 (09 DE JULHO DE 1998))
O gás intracluster, no entanto, pode ser distribuído de forma diferente, pois a matéria normal pode colidir e aquecer, emitindo raios-X.
Quatro aglomerados de galáxias em colisão, mostrando a separação entre os raios X (rosa) e a gravitação (azul), indicativo de matéria escura. Em grandes escalas, a matéria escura fria é necessária, e nenhuma alternativa ou substituto servirá. No entanto, mapear a luz de raios-X (rosa) não é necessariamente uma boa indicação da distribuição da matéria escura (azul). (RAIO-X: NASA/CXC/UVIC./A.MAHDAVI ET AL. ÓPTICO/LENSING: CFHT/UVIC./A. MAHDAVI ET AL. (CIMA ESQUERDA); RAIO-X: NASA/CXC/UCDAVIS/W. DAWSON ET AL.; ÓPTICO: NASA/ STSCI/UCDAVIS/ W.DAWSON ET AL. (TOP DIREITO); ESA/XMM-NEWTON/F. GASTALDELLO (INAF/ IASF, MILÃO, ITÁLIA)/CFHTLS (BAIXO ESQUERDO); X -RAY: NASA, ESA, CXC, M. BRADAC (UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, SANTA BARBARA), E S. ALLEN (UNIVERSIDADE DE STANFORD) (CAIXA DIREITA))
Mas estrelas individuais, ejetadas de galáxias, devem traçar o mesmo caminho que a matéria escura.
Um aglomerado de galáxias em fusão no MACS J0416.1–2403 exibe uma separação diferente e menor do gás de raios-X do sinal gravitacional, mas isso é esperado, pois esse aglomerado está em um estágio diferente de sua fusão e ainda há um deslocamento entre onde a matéria normal (em raios-X) e a massa total (da lente; em azul) está localizada. (RAIO X: NASA/CXC/SAO/G.OGREAN ET AL.; ÓPTICO: NASA/STSCI; RÁDIO: NRAO/AUI/NSF)
Em uma primeira vez cósmica, os cientistas mediram essa luz intracluster e descobriram que ela traça a matéria escura perfeitamente.
Este é o mesmo aglomerado de galáxias, MACS J0416.1–2403, exceto com a luz intraaglomerado exibida na cor azulada/branca. Esta luz é um traçador muito superior da matéria escura do que os raios-X ou as galáxias, e oferece uma nova e excitante maneira de sondar/medir a matéria escura no Universo. (NASA, ESA E M. MONTES (UNIVERSIDADE DE NOVA GALES DO SUL))
Suas localizações são idênticas porque ambas estão flutuando livremente no potencial gravitacional do próprio aglomerado, elucida a coautora Mireia Montes .
Seis aglomerados de galáxias ultradistantes em uma variedade de estágios pós-colisões foram fotografados pelo Telescópio Espacial Hubble como parte de seu programa Frontier Fields. A pesquisa, que foi mais fraca nestas escalas relativamente grande angulares do que em qualquer outra, foi capaz de revelar luz intracluster também em dois deles. Avançando, esse novo método pode fornecer uma maneira rápida, precisa e revolucionária de inferir a existência, distribuição e densidade da matéria escura nessas estruturas cósmicas maciças. (NASA, ESA, D. HARVEY (ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE, SUÍÇA), R. MASSEY (DURHAM UNIVERSITY, Reino Unido), THE HUBBLE SM4 ERO TEAM, ST-ECF, ESO, D. COE (STSCI), J. MERTEN (HEIDELBERG/BOLOGNA), HST FRONTIER FIELDS, HARALD EBELING (UNIVERSITY OF HAWAII AT MANOA), JEAN-PAUL KNEIB (LAM) AND JOHAN RICHARD (CALTECH, EUA))
Porque tanto as estrelas quanto a matéria escura seguem os mesmos caminhos gravitacionais, esta luz estelar difusa corresponde aos perfis de lentes de cluster reconstruídos .
O aglomerado de galáxias Abell 370, mostrado aqui, foi um dos seis aglomerados de galáxias massivos fotografados no programa Hubble Frontier Fields. Como outros grandes observatórios também foram usados para visualizar essa região do céu, milhares de galáxias ultradistantes foram reveladas. Ao observá-los novamente com um novo objetivo científico, o programa BUFFALO (Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations) do Hubble obterá distâncias para essas galáxias, permitindo-nos entender melhor como as galáxias se formaram, evoluíram e cresceram em nosso Universo. Quando combinado com medições de luz intracluster, podemos obter uma compreensão ainda maior, por meio de várias linhas de evidência da mesma estrutura, da matéria escura em seu interior. (NASA, ESA, A. KOEKEMOER (STSCI), M. JAUZAC (DURHAM UNIVERSITY), C. STEINHARDT (NIELS BOHR INSTITUTE), E A EQUIPE BUFFALO)
Esta é a assinatura visual mais rápida e precisa já usada para identificar com sucesso a matéria escura.
A técnica de medir a luz intraaglomerado para inferir a presença de matéria escura foi demonstrada com sucesso para esses dois aglomerados de galáxias no Universo distante. Muitos astrônomos acreditam que esta será uma ferramenta poderosa em seu arsenal com telescópios espaciais e terrestres de maior escala e de próxima geração para explorar a natureza da matéria escura. (NASA, ESA E M. MONTES (UNIVERSIDADE DE NOVA GALES DO SUL))
Principalmente Mute Monday conta uma história astronômica em imagens, recursos visuais e não mais de 200 palavras. Fale menos; sorria mais.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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