doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.051001
Credibilidade: 989
#Galáxias
Um novo estudo na Physical Review Letters oferece a primeira detecção da correlação cruzada entre cisalhamento cósmico e fundo difuso de raios X, ajudando a entender a distribuição da matéria bariônica no universo.
Compondo cerca de 5% do universo, a matéria bariônica – composta por prótons e nêutrons – desempenha um papel crucial na criação de estruturas cosmológicas, como estrelas, planetas e galáxias. Ela contém informações valiosas para entender estruturas em larga escala no universo.
A matéria bariônica é atraída para regiões concentradas de matéria escura, chamadas halos de matéria escura, pela atração gravitacional da matéria escura. Dentro desses halos, a matéria bariônica existe em formas concentradas (como estrelas e galáxias) ou em formas difusas (como gás quente).
Detectar matéria bariônica em ambas as formas é difícil devido às interações complexas do gás difuso e aos efeitos da matéria escura.
A Dra. Tassia Ferreira e colegas da Universidade de Oxford investigaram a influência da física bariônica em medições cosmológicas em seu estudo PRL. Para isso, eles se concentraram em combinar dados de duas fontes observacionais.
O Dr. Ferreira falou com o Phys.org sobre investigar a natureza da matéria bariônica. “Sempre tive paixão por estudar o universo por meio de uma perspectiva observacional”, disse o Dr. Ferreira.
“Trabalhei com cisalhamento cósmico durante a maior parte da minha carreira de pesquisa e, em Oxford, encontrei especialistas em correlações cruzadas usando dados de lentes fracas. Portanto, fazia sentido forçar as correlações cruzadas para combinar efeitos que intuitivamente deveriam ser conectados, mas ainda não tinham sido detectados.”
Distribuição de matéria bariônica
Para medições de cisalhamento cósmico, que fornecem informações sobre a matéria bariônica concentrada, os pesquisadores confiaram na divulgação de dados do The Dark Energy Survey Year 3 (DES Y3).
Esses dados contêm imagens e medições de galáxias, aglomerados de galáxias e outras estruturas cósmicas.
A atração gravitacional da matéria escura pode distorcer o formato das galáxias de fundo. O cisalhamento cósmico mede a distribuição da matéria escura indiretamente, observando como ela distorce o formato das galáxias de fundo.
Ele não fornece insights diretos sobre a matéria bariônica, mas é útil para inferir a influência da matéria escura sobre ela.
A matéria bariônica no gás quente em halos de matéria escura é aquecida por forças gravitacionais, emitindo radiação de raios X. Esses dados de raios X podem ser usados “”para rastrear a distribuição da matéria bariônica na forma de gás quente.
Os pesquisadores obtiveram os dados por meio do The ROSAT All-Sky Survey (RASS). Realizada pelo satélite ROSAT entre 1990 e 1991, esta pesquisa fornece uma ampla visão de raios X de todo o céu.
A massa “no meio do caminho”:
A relação cruzada dos dois conjuntos de dados oferece várias vantagens. O Dr. Ferreira explicou: “A emissão de raios X do gás quente em halos de matéria escura é governada pela temperatura e densidade do gás.”
“Essa dependência a torna ideal para rastrear como o gás é distribuído. Como o cisalhamento cósmico é mais sensível à modelagem incorreta de efeitos bariônicos, a correlação cruzada oferece uma maneira consistente de quebrar degenerações.”
Além disso, o sinal de correlação cruzada é originado pela emissão coletiva de todas as estruturas em larga escala, tornando-o menos sensível a erros na modelagem de objetos individuais.
Usando um modelo hidrodinâmico desenvolvido a partir de pesquisas anteriores, os pesquisadores modelaram como a massa e o gás são alocados em halos. Matéria escura fria, gás ligado à gravidade, gás ejetado e estrelas são todos considerados neste modelo.
O Dr. Ferreira disse: “De acordo com observações de raios X, a fração de gás ligado pode ser parametrizada pela fração de bárions cósmicos (o número de bárions relacionados ao conteúdo total de matéria do universo), a massa total do halo, a ‘massa intermediária’ e a inclinação da supressão de gás quente em direção a pequenas massas de halo.”
“Observações de raios X são ideais para sondar essa quantidade, pois rastreiam o gás ligado.”
A massa intermediária de um halo de matéria escura é onde metade do gás que estava originalmente no halo foi expelido. Esse valor mede a extensão da perda de gás atribuível a processos como formação de estrelas ou buraco negro.
A restrição do estudo da massa intermediária é uma grande contribuição para entender como as estruturas cósmicas perdem gás ao longo do tempo e como essa perda afeta a estrutura do universo.
Alta significância e trabalho futuro
A correlação cruzada dos conjuntos de dados destacou uma correlação significativa entre o cisalhamento cósmico e o fundo difuso de raios X.
A significância de 23? (sigma) indica que essa correlação é altamente estatisticamente significativa, sugerindo uma forte relação entre os dois conjuntos de dados. Esse resultado deixa poucas dúvidas sobre a robustez de suas descobertas.
Os pesquisadores estimaram a massa média dos halos de matéria escura em cerca de 115 trilhões de massas solares.
Além da massa média, os pesquisadores também conseguiram restringir o índice politrópico, que mede a relação entre a temperatura e a densidade do gás quente nos halos de matéria escura.
O valor estimado do índice politrópico mostrou boa concordância com estudos anteriores. As novas restrições são mais rígidas e precisas quando comparadas aos dados anteriores de cisalhamento cósmico e raios X.
Além de dar uma visão mais clara da distribuição da matéria no universo, o estudo também fornece um novo método para avaliar teorias relacionadas à matéria escura e à energia escura.
A Dra. Ferreira disse: “O procedimento desenvolvido é um ponto de partida para uma análise mais rigorosa usando correlações cruzadas entre cisalhamento cósmico e mapas do fundo difuso de raios X. Isso é particularmente relevante para futuras pesquisas de lentes fracas, como o Observatório Vera Rubin e Euclid com missões de raios X em andamento, como eROSITA, que buscam obter restrições cosmológicas mais precisas de dados de estrutura em larga escala.”
Olhando para o futuro, a Dra. Ferreira vê inúmeras possibilidades para desenvolver suas descobertas, particularmente validando o modelo teórico antes que a metodologia desenvolvida possa ser usada em análises cosmológicas.
“Além disso, a degeneração residual entre parâmetros cosmológicos e hidrodinâmicos pode ser quebrada pela inclusão de correlação cruzada com mapas Compton-y de Sunyaev-Zel’dovich, dada sua sensibilidade complementar à densidade do gás e à temperatura”, concluiu.
Publicado em 08/09/2024 00h30
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