Evidências da Matéria Escura e Dinâmica de Galáxias

Curvas de rotação de galáxias planas, os movimentos de galáxias em aglomerados e lentes gravitacionais revelam mais massa gravitacional do que a matéria visível pode fornecer, a evidência central para a matéria escura.

Definition

A evidência dinâmica para a matéria escura é o excesso sistemático de massa gravitacional sobre a massa visível inferido dos movimentos de estrelas e galáxias e de lentes gravitacionais, indicando um componente de massa invisível em galáxias e aglomerados.

Scope

Este tópico abrange os pilares observacionais da matéria escura: as curvas de rotação planas de galáxias espirais, as altas dispersões de velocidade de galáxias em aglomerados, mapas de massa de lentes gravitacionais, incluindo o aglomerado Bala, e a forma como essas medições dinâmicas quantificam a quantidade e distribuição de massa invisível.

Core questions

• Por que as curvas de rotação das galáxias permanecem planas em grandes raios?
• Como a dinâmica de aglomerados e as lentes revelam a matéria escura?
• O que o aglomerado Bala mostra sobre a matéria escura?

Key concepts

• Curva de rotação
• Halo de matéria escura
• Dispersão de velocidade
• Lente gravitacional
• Razão massa-luminosidade
• Aglomerado Bala
• Massa virial

Key theories

Curvas de rotação planas

As velocidades orbitais de estrelas e gás em galáxias espirais permanecem aproximadamente constantes longe do centro em vez de diminuir, implicando um halo estendido de massa invisível cercando o disco visível.

Discrepância de massa de aglomerados

As galáxias em aglomerados movem-se muito rapidamente para serem mantidas juntas apenas pela gravidade da matéria visível, e as lentes confirmam a grande massa total, demonstrando uma quantidade substancial de matéria escura em escalas de aglomerados.

Mechanisms

Velocidades orbitais e deflexões de lentes medidas são convertidas em massa contida usando a gravidade; a massa resultante excede em muito a de estrelas e gás, e o deslocamento espacial entre a massa de lentes e o gás de raios-X em aglomerados em colisão mostra que a massa dominante é matéria escura sem colisão, em vez de bárions comuns.

Clinical relevance

Essas observações são o fundamento empírico da matéria escura: elas estabelecem que galáxias e aglomerados estão imersos em halos escuros massivos, definem a densidade local de matéria escura relevante para experimentos de detecção e fornecem a evidência mais forte de que a massa ausente é uma nova substância fracamente interativa.

History

A análise de aglomerados de Zwicky em 1933 implicou pela primeira vez a massa ausente, mas o caso tornou-se convincente com as curvas de rotação planas de Rubin e Ford por volta de 1970; levantamentos de lentes gravitacionais e a observação do aglomerado Bala em 2006 forneceram posteriormente uma confirmação impressionante de que a matéria escura é distinta do gás comum.

Debates

Alternativas de gravidade modificada

Propostas como a dinâmica newtoniana modificada podem ajustar algumas curvas de rotação de galáxias sem matéria escura, mas elas têm dificuldades com aglomerados e o aglomerado Bala, alimentando um debate contínuo sobre se nova matéria ou nova gravidade explica melhor os dados.

Key figures

• Vera Rubin
• Kent Ford
• Fritz Zwicky
• Jeremiah Ostriker
• Douglas Clowe

Seminal works

• rubin1970
• zwicky1933

Frequently asked questions

O que é uma curva de rotação de galáxia?

É um gráfico da velocidade com que estrelas e gás orbitam uma galáxia em função da distância do seu centro; a observação de que essas velocidades permanecem altas em grandes distâncias, em vez de diminuir, é um sinal característico de um halo estendido de matéria escura.

Por que o aglomerado Bala é considerado uma forte evidência?

No aglomerado Bala, dois aglomerados de galáxias colidiram e o gás quente, a maior parte da matéria comum, foi desacelerado e separado da maior parte da massa mapeada por lentes; esse deslocamento é naturalmente explicado se a maior parte da massa for matéria escura sem colisão.