RELACION MASA/LUMINOSIDAD: LA MATERIA OSCURA

Transcripción

1 RELACION MASA/LUMINOSIDAD: LA MATERIA OSCURA Desde que se han tenido estimaciones de la masa y a la vez de la luminosidad, se han obtenido valores de M/L. Estos valores varían: de galaxia a galaxia según el tipo de Hubble, siendo mayor para las galaxias tardías dentro de la misma galaxia a lo largo del radio: son mayores para radios externos según el modelo que se use...

2 RELACION DE TULLY-FISHER Tully-Fisher analizaron una muestra de galaxias conocidas y vieron que la magnitud de la galaxia está directamente relacionada con la velocidad de rotación: L α V c 4 M α 10 log Vc

3 Esta relación puede calibrarse para obtener la distancia de una galaxia a partir de su magnitud y su velocidad de rotación

4 Esta relación ha sido medida posteriormente para todo tipo de galaxias y cúmulos de galaxias y para diversas bandas. Es la banda I es dónde la dispersión es menor. Example relation between rotational velocity and I-band luminosity for a large sample of spiral galaxies from Dell'Antonio et al. (1996). The slope of the line is - 8.4, which is close to the expected slope -10 relation derived from the Virial Theorem. The X-axis is the log of the line width where zero corresponds to log = 2.5 (~ 300 km/s).

5 La relación se traduce en una relación de la masa con la luminosidad

6 Dependencia de la relación M/L con el radio

7 Dependencia de M/L con la luminosidad

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11 MASAS EN CÚMULOS DE GALAXIAS Puede determinarse la masa total en un cúmulo suponiendo que está virializado, usando las velocidades particulares que tienen las galaxias dentro del cúmulo. A partir de sus movimientos se obtiene la masa total del cumulo.

12 LENTES GRAVITACIONALES

13 Una de las primeras determinaciones hechas para los cúmulos fue calcular la relación M/L a partir de la masa de las galaxias y de la masa del virial calculada de las dispersiones de velocidades estimadas. Este valor era de más de M./ L, cuando el valor en las galaxias es 10 o 20. hay que sumar la masa del gas. Las estimaciones descritas anteriormente dan para la fracción de masa de gas a masa de cúmulo valores entre h - 1, o sea un valor medio de 0.07 con una Mcl de h -2.5 M. La relación de masa bariónica a masa total del cúmulo se obtiene de: Ω Ω b m = M gas M + M cl = M M gas cl + M M cl = 0.07h

14 MASA OSCURA... Y OTRAS EXPLICACIONES Existen varias hipótesis para explicar dicha no coincidencia: Existe algun tipo de materia que no ve (masa oscura) Y además es no bariónica: relación con las abundancias primordiales Teorías MOND, la relatividad produce una aceleración, que debe incluirse en la expresión de las curvas de rotación, de manera que no es masa lo que hace que sean planas

15 Masa barionica oscura Existe algun tipo de materia que no ve (masa oscura) pero bariónica: gas, enanas marrones, planetas, etc. Esa materia oscura es en realidad gas molecular frío que no puede detectarse El gas molecular frío estaría a gran densidad, si no existe CO no puede detectarse. por debajo de 3 K tampoco se detecta aunque sea atómico. Estudio de la fragmentación en grupúsculos de este gas : estructura fractal. Explica por qué M/L varía a lo largo de la secuencia de Hubble La alta frecuencia de líneas de absorción delante de los QSO s

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17 Otras veces ya parecía que se habían encontrado zonas vacías con masa oscura y luego era gas o incluso una galaxia!! Curva de rotación Distribución de gas

18 FORMACION DE ESTRUCTURAS La estructura a gran escala del Universo se forma a partir de inhomogeneidades que crecen por efecto de la gravedad. Si solo contamos el efecto de la masa bariónica, dichas estructuras no crecerían a la velocidad suficiente. Las fluctuaciones en dicha estructura tal y como las ha medido WMAP por medio de la radiación de fondo de microondas implican que la densidad de masa bariónica solo es un 10-15% de la masa total. Es necesaria una masa oscura La relacion M/L aumenta con la escala de lo que se mira

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24 Por otro lado de otro tipo de datos se deduce que Λ=1 De manera que no solo hay masa oscura sino energía oscura

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29 Masa oscura no bariónica La masa oscura no bariónica procede de los cálculos hecho con las teorías del Big Bang y de la nucleosíntesis primordial que predicen una densidad de masa total que es 100 veces la observada en materia luminosa Se puede suponer fría o caliente (no-relativista o relativista en el momento en que se forman las galaxias (cuando los fotones están a 1 kev)

30 Materia oscura caliente no bariónica fría El candidato típico sería el neutrino : produciría estructuras tan grandes como los supercúmulos (13 Mpc) pero no es capaz de formar galaxias ni objetos menores cuya masa se ha limitado a m ν < 2.8 ev, de manera que Ων< Neutrino: no suficiente

31 Materia oscura no bariónica fría Neutralino χ: necesario en las teorías super-simétricas que van más allá del modelo standard, se requiere una partícula más por cada partícula del mod Std. Axiones emitidos por cuerdas cósmicas: consecuencia de la violación de la paridad CP

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33 Perfiles de densidad de las galaxias Los perfiles calculados con las simulaciones de formación de galaxias predicen aumentos en el centro de las éstas. Los que se observan son mucho más planos (cups vs cores) Se cree que si la materia oscura fuese una partícula que interaccionase con ella misma, termalizarian el sistema y no se vería el cusp central: explicaría los cores de los perfiles

34 Tanto en este caso como en caso de que fuese un neutralino, la aniquilación produciría un aumento de la radiación γ que sería observable hacia los centros de las galaxias

35 Materia oscura templada: Gravitinos: produciría un espectro extra de positrones Solitones (B-balls o Q-balls) producidos en transiciones de fase Wimpzillas producidas gravitacionalmente al final de la inflación Partículas en modelos con dimensiones espaciales extra, o partículas de Kaluza-Klein (KK), similares a las de la supersimetría pero con el mismo spin que las partículas correspondientes al modelo Std. Espectro extra de positrones

36 LAS TEORÍAS MOND Teoría fenomenológica que predice una dinámica newtoniana modificada. Existe una aceleración crítica a 0 de manera que la aceleración de la gravedad g= g N a 0, siendo g N la gravedad newtoniana. A altas aceleraciones g=g N A bajas aceleraciones se notará su efecto, por ejemplo en las curvas de rotación Comprobación de estas teorías en diversos aspectos para reproducir un gran número de observaciones Relación de Tully-Fisher Curvas de rotación de galaxias HSB y LSB La relación de la fracción de gas con L y brillo Otras correlaciones a lo largo de la secuencia de Hubble

37 Las curvas de rotación se pueden ajustar con esta teoría sin necesidad de halo oscuro Una de las ventajas es que se mejora la estabilidad de los discos que de otro modo necesitarían dispersiones de velocidades en los discos más altas de lo observado

38 Las diferencias entre las velocidades predichas por MOND y las observadas son menores de un 20 % en todos los casos Los valores M/L en este caso estarían alrededor de 2 y nunca serían mayores de 10

39 La relación con el brillo superficial Estos valores para el grupo Local

40 El 80% de las curvas se pueden ajustar sin necesidad de halo oscuro

41 Algunas curvas de rotación parecen indicar la existencia de un agujero negro masivo central. Esto ocurre por ejemplo, en nuestra propia galaxia:

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