Matéria escura em galáxias e aglomerados de galáxias Abílio Mateus Jr. IAG/USP IV Workshop Nova Física no Espaço :: Fevereiro/2005 Primeiros indícios Matéria invisível? 1844 - Bessel: medidas das posições de Sírius e Procyon 1862: Clark: observação de Sírius B (anã-branca) Massa invisível 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 nãoKeplerianos Matéria escura? Gás frio? MOND? Galáxias: curvas de rotação Equation here M Aglomerados de galáxias Métodos de determinação de massa Teorema do virial (supõe equilíbrio!) Raios-X (supõe equilíbrio!) Lentes gravitacionais Fração de bárions Raios-X Mulchaey et al. (1993) ROSAT Lentes gravitacionais Abell 2218 (Hubble Space Telescope) Caráter não-bariônico da matéria escura Nucleossíntese primordial Ωb = 0,040 ± 0,006 (Steigman 2004) WMAP: Ωb = 0,044 ± 0,004 Burles et al. (1999) Formação de estruturas 2dF Galaxy Redshift Survey Contexto cosmológico Bárions escuros Matéria bariônica Contribuição de matéria luminosa + Conteúdo bariônico (nucleossíntese primordial ou observações CMB) = 90% dos bárions do Universo são escuros! Matéria bariônica Raffelt (1997) Matéria bariônica Quais os possíveis candidatos para essa matéria escura bariônica? Massive Astrophysical Compact Halo Objects (MACHOs)? Nuvens moleculares? Gás intergaláctico frio? Gás morno/quente? Candidatos MACHOs: eventos de microlentes ocorrem, mas não são suficientes para povoar todo o halo galáctico Anãs marrons, brancas, são descartadas (Evans 2002) ΛCDM em galáxias Problemas encontrados: Distribuição de matéria centralmente concentrada Discos de galáxias menores do que o observado Elevado número de galáxias satélites anãs, grande número de subestruturas que não são observadas Bárions na forma de um gás frio condensado poderiam ajudar a resolver estes problemas? Gás frio em espirais Matéria escura somente é necessária além do disco visível de uma galáxia Envelope gasoso funciona como um regulador da formação estelar Sequência morfológica: espirais possuem mais matéria escura (gás!) que elípticas Gás frio e formação de galáxias Bárions dominam as regiões centrais das galáxias, mascarando os “cusps” de matéria escura Extensos envelopes em torno das galáxias, menor perda de momento angular por fricção dinâmica (raios maiores) Galáxias pequenas mais susceptíveis a fragmentação e fusões, reduzindo o número de subestruturas Combes (2003) Bárions em aglomerados O fato de que gás poderia estar altamente condensado em galáxias também é suportado pela alta fração bariônica em aglomerados A maioria dos bárions está no ICM quente Gás removido diretamente das galáxias (ram pressure stripping), ou por ventos, enriquece o ICM Bárions em aglomerados Em geral, a fração bariônica em aglomerados é tomada como representativa do Universo Porém... Douspis (2004) Bárions em aglomerados ICM Estrelas Gás morno? Ettori (2003) Matéria e energia no Universo Matéria bariônica Censo da fração bariônica no Universo 7% em gás quente 24% no meio intergaláctico “morno” (105 – 107 K) 38% no meio intergaláctico “frio” 9% em estrelas et al., e 22% de bárions escuros associados com estruturas colapsadas Valageas et al. (2002) Matéria e energia no Universo Onde estão 90% dos bárions 0.001 < Neutrinos < 0.05 0.005 ± 0.002 0.044 ± 0.004 Do que é feita 90% da matéria não-bariônica do Universo 0.23 ± 0.04 1.02 ± 0.02 Energia do vácuo? Quintessência? ... 0.27 ± 0.04 0.73 ± 0.04 Valor de ΩM Peebles (2004)