Matéria
Escura
Jardel Caminha Carvalho Cestari - 143717
O que é matéria escura?
Matéria que não interage através
da força eletromagnética.
Primeiros indícios
Fritz Zwicky – 1933
Observou o
aglomerado de Coma.
A presença do gás quente
intergaláctico emitindo raios-X (
) só
é possível graças à matéria escura.
Aplicando as equações de equilíbrio
hidrostático e de gás ideal, se obtêm uma
estimativa igual para a massa do
aglomerado.
Vera Rubin – 1970
Galáxia M31.
Linhas de emissão de gás
ionizado.
As suas medidas foram
corroboradas mais
tarde.
A maioria das galáxias
têm curvas de rotação
diferentes do esperado.
A observação das lentes
gravitacionais permite a detecção
de massa de um modo direto.
As medidas feitas desse
modo estão em
concordância com as
medidas da velocidade
de órbita.
Hubble Telescope – Abell 1689
Também foi observado que a
maioria dos aglomerados têm uma
concentração de matéria escura
semelhante ao de Coma.
Gravitação Modificada
Ex.: Modified Newtonian Dynamics (MOND)
Correções à Lei da Gravitação de Newton à
grandes distâncias.
Hipótese refutada pelas observações.
Bullet Cluster:
Distribuição de matéria escura (azul) e gás intergaláctico (vermelho).
Hubble Space Telescope composite image - galaxy cluster Cl 0024 17
O que seria a matéria escura?
• Matéria escura bariônica –
Massive Compact Halo Objects (MACHOS)
Anãs brancas, anãs marrons, buracos negros.
Observações de efeitos de MACHOS (lentes
gravitacionais) nas estrelas da Grande Nuvem de
Magalhães mostraram que, no máximo, 20% da
massa do nosso halo pode ser devido à eles.
O estudo da nucleossíntese do Big Bang prediz
que apenas uma pequena parte da matéria do
universo é bariônica.
Matéria escura não-bariônica
• Matéria escura quente – partículas que se
movem ultra relativisticamente.
• Matéria escura morna – partículas que se
movem relativisticamente.
• Matéria escura fria – partículas que se
movem não relativisticamente.
Matéria Escura Quente
Candidatos mais cotados: neutrinos.
Em princípio os neutrinos poderiam explicar toda a
matéria escura, se tivessem uma massa de 4 eV.
Porém a matéria escura quente não explica as
inomogeneidades da radiação cósmica de fundo.
Precisamos de matéria escura fria, ou morna.
Matéria Escura Morna
Neutrinos estéreis.
Partículas hipotéticas presentes em algumas
extensões do modelo padrão de interações de
partículas.
São neutrinos destros e anti-neutrinos canhotos.
Interagem apenas através da interação
gravitacional.
Seriam mais massivos que neutrinos normais.
Liquid Scintillator Neutrino
Detector (LSND)
- Observou a oscilação de antineutrinos
do múon para antineutrinos do elétron.
- Essa oscilação de dois sabores requer
que exista o neutrino estéril.
- Resultado está sendo retestado pelo
MiniBooNE, no Fermilab.
- Até agora, nenhuma oscilação desse
tipo foi encontrada, refutando o LSND.
Matéria Escura Fria
Candidatos mais cotados: WIMPs.
(Weakly Interacting Massive Particles)
Algumas extensões do Modelo Padrão, e a maioria das
teorias de cordas, propõem uma simetria entre bósons
e férmions, a supersimetria (SUSY).
Essa simetria seria quebrada, e os superparceiros
muito mais pesados que as particulas normais.
O superparceiro mais leve pode ser o gravitino, um
sneutrino ou um dos neutralinos (quatro autoestados
de massa da mistura fotino, zino e higgsino).
Cryogenic Dark Matter Search
(CDMS)
- Se WIMPs existem, bilhares devem
atravessar a terra a cada segundo.
- O CDMS tenta detectá-los, utilizando
detectores de germânio e silício, na
Soudan Mine, em Minnesota.
- A temperatura de milikelvins permitiria
medir a ionização e a excitação de fônons.
- Nenhuma interação foi registrada.
Bibliografia
• Barbara Ryden – Introduction to
Cosmology.
• http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter
• "Some Theories Win, Some Lose". NASA,
using the WMAP dataset
• NASA Chandra X-ray Observatory (August
21, 2006). "NASA Finds Direct Proof of
Dark Matter". Press release.