É assim que colisões de aglomerados de galáxias provam a existência de matéria escura
Um aglomerado de galáxias em fusão no MACS J0416.1–2403 exibe uma pequena separação do gás de raios-X do sinal gravitacional, consistente com a noção de que a matéria escura e não a matéria normal é responsável pela maioria dos efeitos gravitacionais vistos no Universo. Embora o deslocamento seja pequeno, isso é esperado, pois esse aglomerado em particular está em um estágio posterior de sua fusão do que a maioria, e ainda exibe um deslocamento entre onde a matéria normal (em raios-X) e a massa total (da lente; em azul) está localizado. (RAIO X: NASA/CXC/SAO/G.OGREAN ET AL.; ÓPTICO: NASA/STSCI; RÁDIO: NRAO/AUI/NSF)
Se a matéria escura é fundamentalmente diferente da matéria normal que conhecemos, deve haver uma maneira de testá-la. Aqui estão os resultados.
Matéria escura – apesar a enorme evidência indireta para isso — soa como um colossal mal-entendido.
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 não podem ser explicadas sem matéria escura neste aglomerado de galáxias. (A. E. EVRARD. NATURE 394, 122–123 (09 DE JULHO DE 1998))
É claro que os dados de
- lente gravitacional,
- aglomeração de galáxias,
A maneira como as galáxias se agrupam é impossível de alcançar em um universo sem matéria escura. Os padrões de agrupamento vistos devido às oscilações acústicas do bariônico, impressos no espectro de energia do Universo e nas maiores escalas da teia cósmica são todos consistentes com a matéria escura, mas nunca foram explicáveis por meio de qualquer tentativa de modificação da gravidade. (NASA, ESA, CFHT E M.J. JEE (UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, DAVIS))
- galáxias individuais,
- e o fundo cósmico de microondas,
todos requerem massas que não interagem eletromagneticamente.
Os resultados finais da colaboração do Planck mostram uma extraordinária concordância entre as previsões de uma cosmologia rica em energia escura/matéria escura (linha azul) com os dados (pontos vermelhos, barras de erro pretas) da equipe do Planck. Todos os 7 picos acústicos se ajustam extraordinariamente bem aos dados, mas cerca de metade desses picos não estariam presentes se não houvesse matéria escura. (RESULTADOS PLANCK 2018. VI. PARÂMETROS COSMOLÓGICOS; COLABORAÇÃO PLANCK (2018))
No entanto, uma alternativa de longa data sugere que a modificação da gravidade poderia explicá-los sem a matéria escura.
Os movimentos rotacionais internos de galáxias individuais podem, em princípio, ser explicados pela matéria escura ou por uma modificação na gravidade. Observações em escalas maiores não podem ser explicadas pela mesma modificação da gravidade que funcionou nas escalas de galáxias individuais (enquanto a adição de matéria escura é bem-sucedida), mas isso não é suficiente para refutar a ideia de gravidade modificada por si só. (STEFANIA.DELUCA OF WIKIMEDIA COMMONS)
Em 2005, uma equipe de astrônomos desenvolveu um teste inteligente para investigar a existência da matéria escura.
Quando dois aglomerados de galáxias colidem – um evento cosmicamente raro, mas importante – seus componentes internos se comportam de maneira diferente.
O aglomerado Bullet, o primeiro exemplo clássico de dois aglomerados de galáxias em colisão, onde o efeito chave foi observado. Na óptica, a presença de dois aglomerados próximos (esquerda e direita) pode ser claramente discernida. (NASA/STSCI; MAGELLAN/U.ARIZONA/D.CLOWE ET AL.)
O gás intergaláctico deve colidir, desacelerar e aquecer, criando choques e emitindo raios-X.
As observações de raios-X do Bullet Cluster, feitas pelo observatório de raios-X Chandra. Observe as partes brancas da imagem, que mostram o gás aquecido o suficiente para ser explicado por uma onda de choque. (NASA/CXC/CFA/M.MARKEVITCH ET AL., DA MAXIM MARKEVITCH (SAO))
Se não houvesse matéria escura, esse gás, que compreende a maior parte da matéria normal, deveria ser a fonte primária de lentes gravitacionais.
O mapa de lentes gravitacionais (azul), sobreposto aos dados ópticos e de raios-X (rosa) do aglomerado Bullet. A incompatibilidade das localizações dos raios X e da massa inferida é inegável. (RAIO X: NASA/CXC/CFA/M.MARKEVITCH ET AL.; LENSING MAP: NASA/STSCI; ESO WFI; MAGELLAN/U.ARIZONA/D.CLOWE ET AL.; ÓPTICO: NASA/STSCI; MAGELLAN/U .ARIZONA/D.CLOWE ET AL.)
Em vez disso, os mapas de lentes gravitacionais indicam que a maior parte da massa é deslocada da matéria normal.
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))
Isso permanece verdadeiro para cada conjunto de aglomerados de raios-X pós-colisional já medidos.
Os mapas de raios-X (rosa) e de matéria geral (azul) de vários aglomerados de galáxias em colisão mostram uma clara separação entre a matéria normal e os efeitos gravitacionais, algumas das evidências mais fortes da matéria escura. Embora algumas das simulações que realizamos indiquem que alguns aglomerados podem estar se movendo mais rápido do que o esperado, as simulações incluem apenas a gravitação e outros efeitos como feedback, formação de estrelas e cataclismos estelares também podem ser importantes para o gás. Sem matéria escura, essas observações (juntamente com muitas outras) não podem ser suficientemente explicadas. (RAIO X: NASA/CXC/ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE, SUÍÇA/D.HARVEY NASA/CXC/DURHAM UNIV/R.MASSEY; MAPA ÓPTICO/LENSING: NASA, ESA, D. HARVEY (ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE, SUÍÇA) E R. MASSEY (DURHAM UNIVERSITY, Reino Unido))
Somente se a gravidade não for local, ou gravitar onde a matéria não está, o Universo não poderia conter matéria escura.
(a) Distribuição projetada de matéria escura no campo COSMOS a partir da análise de Massey et al. (2007a). O mapa azul revela a densidade da matéria escura inferida a partir do padrão de distorções fracas vistas em galáxias de fundo pelo Telescópio Espacial Hubble. (b) Mapa equivalente para a matéria bariônica revelada por uma combinação da massa estelar em galáxias fotografadas com o Telescópio Espacial Hubble e gás quente fotografadas com o satélite de raios X XMM–Newton. (R. ELLIS, PHILOS TRANS A MATH PHYS ENG SCI. 2010 MAR 13; 368 (1914): 967-987)
Mas em clusters pré-fusão, vemos claramente que a gravidade é local : matéria e gravidade se alinham.
Os contornos, acima, mostram a massa reconstruída do aglomerado de galáxias a partir de lentes gravitacionais, enquanto os pontos mostram galáxias observadas, codificadas por cores para uma variedade de desvios para o vermelho. Onde o aglomerado está quiescente, não há separação da matéria da gravitação. (H.S. HWANG ET AL., APJ, 797, 2, 106)
Aglomerados em colisão não podem obedecer a regras gravitacionais diferentes dos que não colidem.
O aglomerado de galáxias em colisão El Gordo, o maior conhecido no Universo observável, mostrando a mesma evidência de matéria escura e matéria normal que outros aglomerados em colisão. Praticamente não há espaço para a antimatéria, restringindo severamente a possibilidade de sua presença em nosso Universo, enquanto o sinal gravitacional está claramente desalinhado com a presença da matéria normal, que é aquecida e emite raios X. (NASA, ESA, J. JEE (UNIV. DA CALIFÓRNIA, DAVIS), J. HUGHES (RUTGERS UNIV.), F. MENANTEAU (RUTGERS UNIV. E UNIV. DE ILLINOIS, URBANA-CHAMPAIGN), C. SIFON (LEIDEN OBS .), R. MANDELBUM (CARNEGIE MELLON UNIV.), L. BARRIENTOS (UNIV. CATOLICA DE CHILE), E K. NG (UNIV. DA CALIFÓRNIA, DAVIS))
Inescapavelmente, a matéria escura deve, portanto, existir.
Aglomerados e aglomerados de galáxias exibem efeitos gravitacionais na luz e na matéria por trás deles devido aos efeitos de lentes gravitacionais fracas. Isso nos permite reconstruir suas distribuições de massa, que se alinham com a matéria observada para aglomerados que não colidem, mas que mostram deslocamento para aglomerados pós-colisional, uma observação que nunca foi satisfatoriamente explicada sem matéria escura. (ESA, NASA, K. SHARON (UNIVERSIDADE DE TEL AVIV) E E. OFEK (CALTECH))
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 com um atraso de 7 dias. 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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