O aglomerado Bala

Onde está a matéria que não podemos ver?

O universo não é homogêneo, tem pequenas imperfeições chamadas, inomogeneidades de densidade. São eles que fazem que as estrelas existem, que as galáxias existem, que nós existimos. Estas inomogeneidades de densidade foram criados pelo colapso gravitacional e permitiu que a materia de existir dentro de estruturas maiores. Um dos principais problemas da astrofísica moderna é que não sabemos a natureza dos componentes essenciais do universo. A matéria luminosa, o único que vemos diretamente, parece ser menos de um décimo da massa do universo. Temos que ser criativo, porque esta luz, a partir de ondas de rádio a raios gama, é nossa única fonte de informação. Toda vez que nossos telescópios nos enviam imagens do universo buscamos descobrir entidades invisíveis que mantêm a sua estrutura. Sabemos agora que o nosso universo não é feito que de átomos, 96% do nosso Universo tem faltado em nossos telescópios. Como não há nenhuma questão de desafiar as leis da gravidade, todos os cientistas concordam, dizendo que ele falta da massa no universo observável para explicar a sua estabilidade. Uma parte desta massa perdida é matéria, como não vemos que temos chamado de matéria escura. Embora a matéria luminosa é uma minoria, vemos muitos objetos, planetas, estrelas, galáxias, aglomerados e, especialmente, áreas muito grandes de gás. E a luz desses objetos, que nós permite compreender os fenômenos invisíveis.
Por exemplo, quando os objetos (planetas, estrelas, galáxias, grupo de galáxias, grupos de cluster), giram em torno de um ponto central, sua distância do centro e sua velocidade nos permite calcular a massa total dos componentes. Assim, tem-se observado que as velocidades das estrelas orbitando em torno do centro galáctico não diminui em função da sua distância a partir do centro, mas continuam a ser constante. Esta observação está em total contradição com as leis da gravidade. Actualmente a única explicação é que a massa do Galaxy continua a crescer gradualmente à medida que se afasta do centro da galáxia.

E, claro, é o mesmo para as grandes estruturas como galáxias e aglomerados de galáxias. Hoje, nossos detectores são capazes, em alguns comprimento de onda, nós mostrar que as galáxias e aglomerados são cercados por um grosso halo, onde se esconde o essencial da matéria, chamada matéria escura.
A física de partículas descreve as propriedades da matéria e nos ensina que a matéria comum, chamada dbariônica é formada por quarks (prótons, nêutrons) e léptons (elétrons, neutrinos). Assim, a matéria bariônica, que pode ser visto, é formado por átomos nos quais existem protões e neutrões rodeado por uma nuvem de electrões. Mas a matéria também existe em outras formas, chamada plasma em uma forma ionizada, sob a forma de elementos atómicos (hidrogénio, hélio, carbono, azoto), sob a forma de agrupamentos atómicos (nanopartículas), sob a forma molecular (pó), sob uma forma de energia do vácuo (partículas virtuais) e, talvez, sob a forma de matéria exótica como WIMPs (partículas massivas hipotéticas). Sabemos que a maior parte da matéria comum no universo é feito de hidrogênio e hélio, mas não sabemos o que a matéria escura é formada.

N.B.: Em astrofísica, WIMPs (Weakly interacting massive particles) são partículas massivas interagindo fracamente. Estas partículas hipotéticas constituem uma solução para o problema da matéria escura. Essas partículas interagem muito fracamente com a matéria comum (núcleons, elétrons). Essa interação muito fraca, associada a uma grande massa (da ordem de que de um núcleo atômico), faça um candidato credível para a matéria escura.

N.B.: Agregado Atômica (cluster) é um conjunto de átomos ligados de perto o suficiente para ter propriedades específicas, e de tamanho intermediário entre uma molécula e um sólido maciço. Clusters aplicam-se a todos tipos de átomos envolvidos das estruturas em vários milhares de átomos como nanopartículas.

Imagem: O universo não é homogêneo, tem pequenas imperfeições chamadas inomogeneidades de densidade. São eles que fazem que as estrelas existem, que as galáxias existem, que nós existimos. Aa analises do céu pela sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) indicam que o universo é antigo 13820000000 anos (com uma precisão de 1%), é composto de 73% de energia escura, 23% de matéria escura e fria, e apenas 4% de matéria ordinária (átomos). O universo está se expandindo a uma taxa de 71 km / s / Mpc (com uma precisão de 5%). O universo observável passou por episódios de rápida expansão chamados inflação e crescerá para sempre. Crédito: WMAP Science Team, NASA.

Aglomerado Bala e matéria escura

Aglomerados de galáxias não são compostos que de galáxias, eles banham em gás frio de baixa densidade (1000 partículas/m3) e em gás extremamente quente (10 a 100 milhões de graus). A estas temperaturas, o gás é completamente ionizado, é um plasma visível no campo de raios-x. O gás é distribuído muito mais difuso, ele preenche o espaço entre as galáxias e se estende muito além.
A massa de gás pertencente à galáxia é muito maior do que a massa da própria galáxia. Se mede-se a dinâmica gravitacional do Universo em grande escala, a massa da matéria comum no universo observável é de apenas 4% da massa total. 23% da massa é da matéria escura e 73% da energia escura. Isto é descrito em um modelo predominantemente aceito, o modelo SCDM (Standard Cold Dark Matter). O que vemos quando observamos a luz de estrelas, galáxias e aglomerados observamos o que é a matéria ordinária.
Mas como podemos ver a matéria escura?
Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas observáveis ​​da matéria. Eles consistem de centenas de galáxias unidas por sua própria atração gravitacional. A matéria ordinária das galáxias é essencialmente o gás porque a massa do gás é muito maior do que a massa total das estrelas. Toda a matéria, a matéria ordinária e matéria escura submete as forças gravitacionais. É na aglomerado da bola que os cosmólogos podia "ver" a matéria escura. O aglomerado da bola ou 1E0657-56 (cluster Bala), observável na constelação de Carina, é o resultado da colisão de dois aglomerados de galáxias que aconteceram há 150 milhões ano. O estudo desta colisão começou em agosto de 2006 e mostrou uma das provas mais fortes da existência de matéria escura.
Quando aglomerados de galáxias colidem, a matéria (estrelas, gás e poeira) é perturbado pelas forças gravitacionais. Realmente objetos pesados, tais como estrelas não colidem, passam ao lado do outro, sem encontrar-se, porque o espaço entre as estrelas é imenso. As estrelas, portanto, não são afetados pela colisão, eles podem ser acelerado ou desacelerado ligeiramente gravitacionalmente, mas não destruído. Por contras, durante a colisão, os gases quentes e frias, que constituem a maior parte da massa bariônica de galáxias, irá interagir entre eles, eles vão mesmo ser fortemente e rapidamente desacelerado. Eles se misturam mais facilmente devido à sua liberdade atômica e seu vínculo muito fraco.

Isto é o que vemos na imagem composta contra. Esta colisão gigantesca entre dois clusters tem gerado uma energia considerável, talvez a mais poderosa do universo desde Big Bang. É no campo de raios-X qua a observação da colisão traz uma nova iluminação sobre a matéria escura, porque as estrelas, gás e matéria escura se comportam diferentemente durante a colisão. As galáxias de dois aglomerados de galáxias são observadas em luz visível, são as nuvens brancas, os gases quentes dos dois clusters são observadas em raios-X, são as nuvens vermelho, a matéria escura é mostrado em azul.
Mas que vemo-nos exatamente?
Vemos o resultado de uma colisão entre dois clusters. Neste quadro, existem centenas de galáxias agrupados em clusters, mas principalmente, vemos um pequeno aglomerado de galáxias na nuvem azul para à direita e um grande aglomerado de galáxias na nuvem azul à esquerda. Ambos os envelopes gasosos dos dois clusters são na cor vermelha, a pequena mancha vermelha segue o pequena mancha azul ea grande mancha vermelha segue a grande mancha azul. Na realidade, o pequeno aglomerado de galáxias à direita, vem de atravessar o grande aglomerado à esquerda. A gigantesca colisão tem "desgrenhado" os dois aglomerados de seus auréola de gás causando uma onda de choque visível na ponta da pequena mancha vermelha. Esta onda de choque tem fortemente comprimido e portanto aquecido os gases do cluster para chegar a 100 milhões de graus. O aglomerado da bola é um dos grupos mais quentes conhecidos. Em alguns lugares, o telescópio Chandra X-ray Observatory mediu uma velocidade do movimento de gases de 4,500 km / s. Os dois grupos estão agora separados por 3,4 anos-luz ea massa total calculado de acordo com sua velocidade e sua distância, é mais do que a massa da matéria ordinária visível (galáxias observadas em o campo óptico e gás visto em o campo de raio-x). Estes são áreas voluntariamente de cor azul, que mostram a distribuição da matéria escura invisível no cluster. No impacto frontal titânico, a matéria escura se comportou como matéria ordinária, não interagem, ela cruzou a outra matéria escura sem choque, enquanto o gás interestelar tem sido arrebata dos aglomerados. Isto fez com que a onda de choque pode ser visto na nuvem vermelho em forma de bala de gás, à direito. A separação clara de matéria escura e das nuvens de gás é considerado como uma evidência direta da existência de matéria escura.

Imagem: O que vemos em esta imagem composta em cores falsas?
Vemos toda a matéria do aglomerado da bola "bullet cluster". Localizado à 3,4 anos-luz de distância um do outro, os dois aglomerados de galáxias individuais da Bala estão na zona azul e as duas nuvens de gás galácticos são vistos em raios-X, vermelho). As áreas coloridas azuis representam a maior parte da massa de clusters, ou seja, a matéria escura, seis vezes mais maciças do que a matéria ordinária. O aglomerado da Bala é o menor dos dois aglomerados, lo que atravessa outro, de um lado ao outro. A gigantesca colisão tem "desgrenhado" os dois aglomerados de seus auréola de gás causando uma onda de choque visível na ponta da pequena mancha vermelha. Esta onda de choque tem fortemente comprimido e portanto aquecido os gases do cluster para chegar a 100 milhões de graus. Destaca-se como uma bola seguiu seu rastro de gás.
Crédito imagem : X-ray: NASA / CXC / CfA / M.Markevitch et al.; Lensing Map: NASA / STScI; ESO WFI; Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al. Optical: NASA / STScI; Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al.;