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ago 02

MCS J0416.1-2403 – Hubble mapeia a massa de aglomerado de galáxias a 4,5 bilhões de anos luz com precisão sem precedentes

http://spacetelescope.org/images/heic1506e/

O aglomerado de galáxias MCS J0416.1–2403 é um dos seis alvos do programa Frontier Fields do Hubble. O azul nesta imagem é o mapa da sua massa criado usando novas observações do Hubble combinadas com o poder de ampliação de uma lente gravitacional. Em vermelho, está o gás quente detectado pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA e mostra a localização do gás no aglomerado. A matéria vista em azul está separada das áreas vermelhas detectadas pelo Chandra e consiste no que é conhecido como matéria escura, que pode apenas ser detectada diretamente através dos efeitos provocados por lentes gravitacionais. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Frontier Fields do Hubble, Mathilde Jauzac (Universidade de Durham, Reino Unido) e Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suíça)

Com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, uma equipe internacional de astrônomos mapeou, com uma precisão sem precedentes, a massa dentro de um aglomerado de galáxias. Criado usando observações do programa Frontier Fields do Hubble, o mapa mostra a quantidade e distribuição de massa dentro de MCS J0416.1-2403, um enorme aglomerado de galáxias com cerca de 160 bilhões de vezes a massa do Sol.

O detalhe neste “mapa da massa” foi possível graças à profundidade sem igual dos dados recolhidos pelo Hubble e a um fenômeno cósmico conhecido como lente gravitacional forte. A equipe, liderada pela Dra. Mathilde Jauzac da Universidade de Durham no Reino Unido e pela Unidade de Pesquisa em Astrofísica e Cosmologia da África do Sul, publicou os seus resultados na revista Monthly Notices da Sociedade Astronômica Real.

A medição da quantidade e distribuição da massa dentro de objetos distantes no Universo tem sido muito difícil. Um método usado regularmente pelos astrônomos tem sido explorar os conteúdos de grandes aglomerados de galáxias estudando os efeitos gravitacionais que têm sobre a luz de objetos ainda mais distantes. Este é um dos objetivos principais do Frontier Fields do Hubble, um ambicioso programa de observação que analisa seis aglomerados de galáxias diferentes, incluindo o aglomerado alvo deste artigo, o MCS J0416.1-2403.

http://www.spacetelescope.org/images/heic1416b/

Esta imagem com anotações do Telescópio Espacial Hubble mostra o aglomerado de galáxias MCS J0416.1-2403. Este é um de seis aglomerados estudados no programa Frontier Fields, uma campanha que visa analisar a distribuição de massa nestes aglomerados gigantescos, combinados com o fenômeno de lente gravitacional. Uma equipe de investigadores usou quase 200 imagens de galáxias distantes, cuja luz foi distorcida e ampliada por este grande aglomerado, para medir a sua massa total. Na imagem, estão marcadas em vermelho as galáxias atingidas pelo efeito de lente gravitacional usadas no estudo. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Frontier Fields do Hubble, Mathilde Jauzac (Universidade de Durham, Reino Unido) e Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suíça)

 

Sabemos que cerca de três-quartos de toda a matéria (massa que interage gravitacionalmente) no Universo é a chamada “matéria escura”, que não pode ser vista diretamente, uma vez que não emite nem reflete radiação e pode passar (atravessar) pela matéria ordinária (da qual somos feitos) sem fricção (sem colisões). Ela interage apenas pela força da gravidade e a sua presença tem sido deduzida a partir dos seus efeitos gravitacionais.

Um destes efeitos foi previsto pela teoria geral da relatividade de Einstein e tem sido observado em massivos aglomerados estelares no Universo que curvam e distorcem o espaço-tempo ao seu redor. Agindo como lentes, a massa concentrada amplia e dobra a luz que viaja através deles oriunda de objetos mais distantes. Esta é uma das técnicas que os astrônomos usam para estudar a matéria escura.

Apesar das suas grandes massas, o efeito dos aglomerados de galáxias nos seus arredores é relativamente pequeno. Na maioria, provocam o que se chama “lente fraca”, fazendo com que fontes mais distantes pareçam apenas ligeiramente mais elípticas ou manchadas no céu. No entanto, quando o aglomerado é suficientemente massivo e denso e o alinhamento entre o aglomerado e o objeto observado mais distante é o ideal, os efeitos podem ser dramáticos. As imagens de galáxias regulares podem ser transformadas em anéis e grandes arcos de luz, aparecendo até várias vezes em uma mesma imagem. Este efeito é conhecido como lente gravitacional forte e é este fenômeno observado em torno dos seis aglomerados de galáxias estudados pelo programa Frontier Fields do Hubble.

A Dra. Jauzac, autora principal do novo artigo, escreveu:

A precisão dos dados permite-nos ver objetos muito tênues e identificar, como nunca, galáxias fortemente atingidas pelo fenômeno de lente gravitacional. Apesar das lentes fortes ampliarem as galáxias de fundo, elas estão ainda muito distantes e são muito fracas. A profundidade destes dados significa que podemos identificar galáxias de fundo incrivelmente distantes. Conhecemos agora mais de quatro vezes mais exemplos de galáxias fortemente atingidas pelo fenômeno de lente gravitacional no aglomerado.

Utilizando o dispositivo ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble, os astrônomos identificaram 51 novas galáxias multiplicadas em todo o aglomerado, quadruplicando o número determinado em estudos anteriores e elevando o número de galáxias atingidas pelo fenômeno de lente gravitacional até 68. Tendo em conta que estas galáxias são vistas várias vezes, isto equivale a quase 200 imagens individuais fortemente atingidas por lentes gravitacionais. Este efeito permitiu a Jauzac e equipe calcularem a distribuição de matéria visível e escura no aglomerado e a produzirem um mapa da sua massa.

Jean-Paul Kneib, do time da pesquisa, comentou:

Embora há mais de vinte anos já saibamos como construir um mapa de um aglomerado usando lentes gravitacionais, nós precisamos de mais tempo para construirmos telescópios que possam fazer observações suficientemente profundas e nítidas e para que os nossos modelos se tornarem suficientemente sofisticados para mapearmos, com tantos detalhes, um sistema tão complicado como MCS J0416.1-2403.

Ao estudar 57 das galáxias mais confiáveis e claramente distorcidas pelas lentes gravitacionais, os astrônomos modelaram a massa tanto da matéria convencional quanto da matéria escura dentro do aglomerado MCS J0416.1-2403.

A Dra. Jauzac exclamou:

O nosso mapa tem o dobro da qualidade dos modelos anteriores deste aglomerado!

Os cientistas estimaram que a massa total do aglomerado MCS J0416.1-2403, com um diâmetro modelado de mais de 650.000 anos-luz, equivale a 160 bilhões de vezes a massa do Sol. Com uma incerteza de 0,5%, esta medição é a mais precisa alguma vez produzida para um aglomerado de galáxias. Ao identificar precisamente onde a massa reside dentro de grupos como este, os astrônomos também estão a medir a curvatura do espaço-tempo com alta precisão.

Jean-Paul Kneib explicou:

As observações e técnicas de lentes gravitacionais do Frontier Fields abriram uma maneira de caracterizar estes objetos com muita precisão. Neste caso, estudamos um aglomerado tão distante que a sua luz levou 4,5 bilhões de anos até chegar até nós. No entanto, não vamos parar por aqui. Para termos uma imagem completa da massa precisamos também de incluir medições de lentes fracas. Embora apenas forneça uma estimativa aproximada da massa do núcleo interior do aglomerado, as lentes fracas dão-nos informações valiosas acerca da massa que rodeia o núcleo do aglomerado.

O time da pesquisa vai continuar a estudar o aglomerado com imagens ultra profundas do Hubble e informações detalhadas de lentes fortes e fracas, com o objetivo de mapear as regiões exteriores do aglomerado bem como do seu núcleo interior. Assim, serão capazes de detectar subestruturas nos arredores do aglomerado. Vão também usar medições em raios-X de gás quente pelo Chandra e “redshifts” espectroscópicos feitos a partir de observatórios terrestres para mapear o conteúdo do aglomerado, avaliando a respectiva contribuição da matéria escura, do gás e das estrelas.

A combinação destas fontes de dados vai incrementar ainda mais os detalhes deste mapa de distribuição de massa, mostrando-o em 3D e incluindo as velocidades relativas das suas galáxias. Isto fornece o caminho para a compreensão da história e evolução deste aglomerado de galáxias.

Fonte

Hubble: New mass map of a distant galaxy cluster is the most precise yet – Stunning new observations from Frontier Fields

Artigo Científico

ArXiv.org: Hubble Frontier Fields : A High Precision Strong Lensing Analysis of Galaxy Cluster MACSJ0416.1-2403 using ~200 Multiple Images

._._.

1 menção

  1. Colaboração “Frontier Fiels” revela dados das galáxias primordiais usando lentes gravitacionais » O Universo - Eternos Aprendizes

    […] programa “Frontier Fields”: Abell 2744 (apelidado de “Aglomerado de Pandora”) e MACS J0416, ambos localizados a aproximadamente 4 bilhões de anos-luz. Os outros aglomerados de galáxias […]

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