Compreendendo o Universo através das galáxias. Marcio A.G. Maia

Transcrição

1 Compreendendo o Universo através das galáxias Marcio A.G. Maia Ciclo de Palestras do LNCC FIQUE POR DENTRO" 30 de agosto de 2010

2 Paisagem Noturna -1 Grande Nuvem de Magalhães Pequena Nuvem de Magalhães Cometa McNaught 2

3 Paisagem Noturna -2 Grande Nuvem de Magalhães Pequena Nuvem de Magalhães Polo Sul Celeste 3

4 Olhando o céu à nossa volta

5 Olhando à nossa volta

6 Olhando à nossa volta (um pouco mais longe)

7 Olhando à nossa volta (bem mais longe) Campo profundo Sul obtido pelo telescópio espacial Hubble

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10 Galileo Galilei (cerca de 1610) Eppur si muove! Utilizando uma luneta, por ele (re)inventada, confirma que a Via Láctea é formada por estrelas. Além disso, vê satélites de Júpiter o que reforça a teoria heliocêntrica. A Via Lactea não é nada mais do que uma massa de inumeráveis estrelas plantadas juntas em aglomerações. Para qualquer parte que você dirija o telescópio, imediatamente uma vasta multidão de estrelas apresenta-se a vista. Galileo (1610)

11 O que é um telescópio? Perspicillum de Galileu

12 O que é um telescópio? É um "balde" para coletar luz.

13 Charles Messier (1784) Compilou o Catalogue des nébuleuses et des amas d'étoiles que l'on découvre parmi les étoiles fixes, sur l'horizon de Paris. Nele estão as primeiras referências a aglomerados de galáxias. Messier listou 103 nebulæ, 30 das quais são galáxias. M1 M101 Nebulosa do Caranguejo Galáxia do Cata-vento

14 Wilhelm Herschel (1785) Suas descobertas com o telescópio construído por ele mesmo, fizeram com que o rei da Inglaterra financiasse a construção do maior telescópio da época, com 1.47m de abertura. Em 1785 ele publicou On the Construction of the Heavens, no qual sugeriu que o sistema sideral que habitamos é uma nebulosa comum em aparência a muitas outras, as quais por sua vez, devem ser externas à nossa. Descrição de Herschel para a Via Láctea

15 William Parsons (Lorde Rosse) 1845 Constrói um telescópio de 1.80m de diâmetro e descobre que algumas nebulosas possuíam formato espiralado.

16 Desenhos de Parsons mostrando que algumas nebulosas apresentam uma estrutura espiral. M51 M101

17 Edwin Hubble ( ) Determina a distância de uma nebulosa na constelação de Andrômeda, usando, para isso, uma estrela cefeida (1923). Demonstrou que algumas delas são de natureza extragaláctica. Observando mais galáxias, e adicionando os dados de Slipher, Hubble concluiu que: as galáxias se afastam mais rapidamente quanto mais longe estão (1929). H 0 ~ 70 km/s/mpc

18 Matéria Escura Primeiras evidências Aglomerado de Coma Em 1933 Fritz Zwicky mostra que a massa do aglomerado de Coma era diferente quando determinada pelo teorema do virial ou pela relação M/L de suas galáxias. Sobrava alguma matéria não visível hoje chamada de matéria escura. 18

19 Velocidade de Rotação de Galáxias Espirais 19

20 A brilhante idéia da Matéria Escura Para explicar a curva de rotação observada, que contraria a tendência de queda da velocidade de rotação nas suas partes externas, foi sugerida a existência de matéria além dos limites observáveis da galáxia. Representação da distribuição de matéria escura em torno de uma galáxia 20

21 A brilhante idéia da Matéria Escura No início do Universo, as matérias escura e bariônica estavam homogeneamente distribuídas. 21

22 A brilhante idéia da Matéria Escura No início do Universo, as matérias escura e bariônica estavam homogeneamente distribuídas. Pequenas flutuações de densidade na distribuição de matéria escura fizeram com que esta produzisse certas concentrações deste material. 22

23 A brilhante idéia da Matéria Escura No início do Universo, as matérias escura e bariônica estavam homogeneamente distribuídas. Pequenas flutuações de densidade na distribuição de matéria escura fizeram com que esta produzisse certas concentrações deste material. Mais tarde quando o Universo estava mais frio, a matéria bariônica começou a ser puxada para estes poços de potenciais. 23

24 Aglomerado de galáxias 1E (Bullet ) Este aglomerado é resultado da colisão de dois outros. O gás emissor em raio-x é mostrado em vermelho e a matéria escura em azul. Esta imagem é considerada uma prova da existência da matéria escura.

25 Animação sobre a colisão de dois aglomerados de galáxias

26 Como resolver o quebra-cabeça? 26

27 Candidatos a Matéria Escura Matéria Ordinária - Gás e poeira (matéria visível é composta de 75% de Hidrogênio) - MACHOS (Massive Halo Compact Objetcs, Planetas, anãs marrons, ) Matéria ou Teoria Exótica - Neutrinos - WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles) - Mudança da Gravidade Até o momento não há nenhuma detecção direta de matéria escura. A quantidade de matéria escura é 10 vezes maior do que a de matéria convencional (bariônica). 27

28 Inventário da matéria visível do universo 28

29 Um novo protagonista 29

30 A Energia Escura A descoberta da expansão acelerada do Universo SN 1994D 30

31 Supernova tipo Ia Supernova Ia é a explosão de uma estrela anã branca em um sistema binário. Esta explosão libera sempre, mais ou menos a mesma quantidade de energia, a qual pode ser determinada através do máximo de seu brilho. 31

32 Supernova tipo Ia Simulações sobre explosão de SN Ia 32

33 A Energia Escura Encontrando Supernovas: Subtração de Imagens Antes SN 2002ha (Ia) z =

34 A Energia Escura Encontrando Supernovas: Subtração de Imagens Antes Depois SN 2002ha (Ia) z =

35 A Energia Escura Encontrando Supernovas: Subtração de Imagens Antes Depois Diferença SN 2002ha (Ia) z =

36 Curvas de Luz + Redshift A relação entre distância e redshift é diferente em um universo acelerado. 36

37 Distância Descoberta da Aceleração Cósmica com Supernovas distantes (alto z). Aplica-se a mesma Relação Brilho- Declínio da Luz em altos z. A Energia Escura Acelerando SNe que explodiram quando o Universo tinha 2/3 de seu tamanho atual são ~25% mais fracas que o esperado. Sem aceleração redshift = 0.7 = 0. m = 1. 37

38 A Energia Escura A energia escura é uma força desconhecida acelerando a expansão do universo. Foi descoberta através de observações de supernovas distantes. Esta expansão diminuiu a aglomeração de matéria escura, um dos maiores constituintes do universo. Se conseguirmos medir com precisão a expansão de Hubble, e entendermos o crescimento das estruturas, podemos testar teorias sobre a física da energia escura, pois distintas teorias prevêem diferentes cenários. 38

39 Inventário da matéria e energia do universo 39

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41 Simulação do Milênio Distribuição de galáxias Distribuição de matéria escura Matéria comum e escura se distribuem de formas similares pelo universo! 41

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43 Para onde vai tudo isso? 43

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46 Energia Escura e o Destino do Universo A natureza da Energia Escura determina o futuro do Universo. Aceleração continuada: o Universo além do Grupo Local de galáxias desaparecerá além do horizonte em ~100 bilhões de anos. Energia Escura Fantasma : em algumas teorias, a densidade de energia escura cresce com o tempo, leavando a uma sempre crescente taxa de expansão. Eventuamente galáxias, estrelas, átomos serão desmembrados. 46

47 A Busca pela Energia Escura 47

48 O Universo é escuro 48

49 Outras formas de estudar a Energia Escura Lentes Gravitacionais (miragens cósmicas) A matéria tem a propriedade de curvar o espaço, e consequentemente a trajetória de um raio luminoso. Este efeito pode ser usado para estudar a distribuição de matéria pelo universo. 49

50 Outras formas de estudar a Energia Escura Lentes Gravitacionais 50

51 Outras formas de estudar a Energia Escura Aglomerados de Galáxias Nestas imagens pode-se ver como a cor, magnitude, e tamanho dos aglomerados variam com o redshift. Seus tamanhos são influenciados pela sua massa e pela energia escura. Z=0.138 Z=0.041 Z=0.277 Z=

52 Outras formas de estudar a Energia Escura Distribuição de Galáxias em Grande Escala Projetos cosmográficos em curso durante nossas vidas expandiram enormemente o volume do Universo conhecido. A Era Dourada da Cartografia Cósmica Devemos esperar uma era na qual o Universo visível não tenha um cosmos incognita. SDSS 52 52

53 Outras formas de estudar a Energia Escura Distribuição de Galáxias em Grande Escala Através da distribuição de galáxias no cosmos ao longo do tempo (redshift) podemos inferir o grau de aglomeração dos objetos e entender como a energia escura afeta a evolução do universo como um todo. 53

54 Não se deixe enganar pelo lado luminoso do Universo! O lado escuro é que domina. A Matéria Escura o mantém unido. A Energia Escura determina seu destino. D.W.

55 O que estamos fazendo para entender a energia escura?

56 O que estamos fazendo para entender a energia escura?

57 The Dark Energy Survey Telescópio Blanco de 4-metros no Chile 57

58 ??? The Dark Energy Survey 58 Telescópio Blanco de 4 m

59 The Dark Energy Survey DECam Leitura para > 70 CCDs 3.6 m Controles de filtros Hexapod Lentes 1.6 m Câmera de 500 Mpix O projeto inclui gerenciamento de grande quantidade de dados e prevê melhorias no telescópio. 59

60 O Universo em seis linhas - O Universo começou há ~14 bilhões de anos, quente, denso e bastante uniforme; - As estruturas evoluíram de flutuações quânticas do vácuo; - Estrelas, planetas, galáxias, aglomerados de galáxias, formaram-se de material primordial colapsando por efeito da gravidade, nos halos de matéria escura; - Aglomerados formam-se pela queda de bolsões de matéria ao longo de filamentos; - As galáxias formaram primeiramente suas estrelas, depois terminaram de se formar, e mais recentemente estão construindo os aglomerados e superaglomerados; - A composição do Universo é de 5% matéria normal, 25% de matéria escura e 75% de alguma forma de energia que produz a sua expansão acelerada;

61 Resumo da Ópera 61

62 Um passeio pelo universo 62

63 Reflexões Somos seres feitos de cinzas de estrelas, moramos na periferia de uma galáxia situada nos arrabaldes de um superaglomerado, que por sua vez encontra-se em um canto qualquer do Universo, o qual é feito na sua maior parte, sabe-se lá do que!!! maia@on.br 63

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