2 de mar de 2016

Galáxias contêm apenas 1/500 da massa do universo: onde está o resto?

Imagem gerada pela simulação illustris. Ela mostra a distribuição da matéria escura, com uma largura e uma altura de 350 milhões de anos-luz
Imagem gerada pela simulação illustris. Ela mostra a distribuição da matéria escura, com uma largura e uma altura de 350 milhões de anos-luz

O nosso universo não é feito só de matéria visível (aquela que compõe as galáxias, estrelas, eu e você), mas é na realidade dominado por matéria invisível, como a matéria e a energia escuras. Olhando para a radiação cósmica de micro-ondas, observatórios modernos como o Cosmic Background Explorer (COBE) e o Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) têm gradualmente refinado nossa compreensão da composição do universo. As medições mais recentes sugerem que ele é composto de 4,9% de matéria “normal” (a visível), 26,8% de matéria escura e 68,3% de energia escura.  Agora, um grupo de astrônomos da Áustria, Alemanha e Estados Unidos estão afirmando que os buracos negros podem conter tanto quanto 20% da massa do cosmos e que as galáxias representam apenas 1/500 do volume do universo.


Onde está a massa do universo
Complementando estas missões, observatórios terrestres mapearam as posições de galáxias e, indiretamente, a matéria escura dentro delas, mostrando que ela está localizada em filamentos que compõem a “teia cósmica”. A equipe de pesquisadores, liderada pelo Dr. Markus Haider, do Instituto de Astrofísica de Partículas na Universidade de Innsbruck, na Áustria, decidiu investigar esses filamentos com mais detalhes usando dados do projeto Illustris, uma grande simulação de computador da evolução e da formação de galáxias.

O Illustris imita um pedaço do universo em forma de cubo, medindo cerca de 350 milhões de anos-luz de cada lado, e mostra sua evolução desde quando tinha apenas 12 milhões de anos, uma pequena fração da idade atual do universo. A simulação mostra como a gravidade e o fluxo de matéria mudaram a estrutura do cosmos até os dias atuais, incluindo a matéria normal e escura. Quando os cientistas analisaram os dados, eles descobriram que cerca de 50% da massa total do universo está nos locais onde galáxias residem, comprimida em um volume de 0,2% do universo visível. Mais de 44% dessa massa fica nos filamentos cósmicos envolvendo essas galáxias, e apenas 6% está localizada nos espaços vazios, que constituem 80% do volume do universo.

A matéria desaparecida
Os cientistas também descobriram que uma fração surpreendente da matéria normal – 20% – pode ter sido transportada aos vazios cósmicos pelos buracos negros supermassivos encontrados nos centros das galáxias. Um pouco da matéria que cai em direção aos buracos negros é convertida em energia. Esta energia é liberada ao gás circundante e leva a grandes jatos de matéria que se estendem por centenas de milhares de anos-luz, alcançando muito além da extensão de suas galáxias hospedeiras. Além de preencher os vazios com mais matéria do que se pensava, isso pode ajudar a explicar o problema da “matéria desaparecida” – os astrônomos não veem a quantidade de matéria normal prevista por seus modelos no universo.

“Esta simulação, uma das mais sofisticadas já executada, sugere que os buracos negros no centro de cada galáxia estão ajudando a enviar a matéria para os lugares mais solitários do universo. O que queremos fazer agora é refinar o nosso modelo e confirmar estes resultados iniciais”, diz o Dr. Haider. No entanto, será difícil observar a matéria nesses vazios, pois é provável que ela seja muito tênue e fria para emitir os raios-X que a tornariam detectável por satélites.
Fonte: Hypescience.com
[Phys]



Especial Matéria Escura: Neutrinos estéreis e neutralinos

Especial Matéria Escura

O Observatório AMS (Espectrômetro Magnético Alfa), em sua busca por galáxias de antimatéria, é um dos instrumentos que mais concentra esperanças na busca pela matéria escura - ele já detectou um excesso de pósitrons que condiz com algumas teorias.[Imagem: MIT]

NEUTRALINOS
Exemplo mais típico de um WIMP, o neutralino surgiu da Teoria da Supersimetria, geralmente abreviada como SUSY. Apesar de estar balançando frente a várias negações de suas predições pelo LHC, a supersimetria propõe que cada partícula tem um parceiro "super" - com spins diferentes -, o que ajudaria a preencher alguns buracos no Modelo Padrão da Física.  Algumas dessas superpartículas, como as contrapartes do fóton e do bóson Z, teriam propriedades semelhantes às que se calcula para os constituintes da matéria escura. A matéria escura poderia ser uma mistura dessas partículas supersimétricas, e a que parece mais fácil de ser encontrada é conhecida como neutralino - não confundir com o neutrino.

Colisões entre neutralinos devem produzir um grande número de pósitrons - a contrapartida de antimatéria do elétron - de alta energia. O observatório AMS, instalado na Estação Espacial Internacional, está procurando por esse excesso de pósitrons de alta energia, mas os resultados ainda não são conclusivos.

A eventual descoberta de um neutralino ajudaria a resolver dois problemas da Física: caracterizar a composição da matéria escura e comprovar a própria supersimetria, uma teoria já bem desenvolvida, mas desesperadamente em busca de comprovações experimentais. Mas também deixaria os físicos com o dilema de todas aquelas partículas supersimétricas ainda por serem observadas. Se a matéria escura for um neutralino, isto essencialmente irá nos dizer que há toda uma série de outras coisas novas lá fora apenas esperando para serem descobertas. Isso abre uma comporta de trabalho muito, muito interessante e muito emocionante para ser feito," comenta Mariangela Lisanti, da Universidade de Princeton.

NEUTRINOS ESTÉREIS
Neutrinos são partículas quase sem massa, podendo atravessar direto um planeta inteiro sem bater em nada - em nenhum átomo do planeta. Além disso, eles mudam de forma, passando de um tipo para outro - hoje são conhecidos três tipos de neutrinos: do elétron, do múon e do tau. Mas, por mais estranhos que sejam, a teoria indica que pode haver um ramo da família ainda mais estranho - os neutrinos estéreis. Estas partículas ainda mais evasivas seriam tão insensíveis ao seu ambiente que levaria toda a idade do universo para apenas uma interagir com um átomo de matéria. Se os neutrinos estéreis forem os constituintes da matéria escura, sua relutância em interagir poderia significar a ruína para os físicos que esperam detectá-los.

Mas, em uma reviravolta extremamente bem-vinda, teorizada recentemente, pode ser possível que, se existirem de fato, os neutrinos estéreis decaiam em algo bem mais conhecido: os fótons, ou partículas de luz. E os físicos já entendem um bocado sobre fótons e dispõem de inúmeros equipamentos para estudá-los. No ano passado, dados do telescópio XMM-Newton revelaram um sinal compatível com a energia prevista para o decaimento dos neutrinos estéreis fluindo do centro de um aglomerado de galáxias. Mas o sinal ainda é ambíguo, podendo se originar de uma fonte diferente, como íons de potássio. O telescópio espacial ASTRO-H, lançado na semana passada e agora rebatizado como Hitomi (pupila), tem uma resolução muito superior ao XMM-Newton, e poderá ser capaz de colocar um fim a esse debate.
Fonte: Inovação Tecnológica
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