19. O lado escuro do universo

O paradigma cosmológico• WMAP (Hinshaw et al. 2008)• Para um universo de curvatura nula:• Energia escura: 0.72• Matéria escura: 0.23• Matéria bariônica: 0.046• (em unidades da densidade crítica)2

PART I - PreliminaryShort title1. This Ordinance may be cited as the Trustee Ordinance.2.(1) In this Ordinance-Interpretation“authorised investments” mean investments authorised by the instrument, if any, creating the trust forthe investment of money subject to the trust, or by law;“contingent right,” as applied to land includes a contingent or executory interest, a possibility coupledwith an interest, whether the object of the gift or limitation of the interest, or possibility is or is notascertained, also a right of entry, whether immediate or future, and whether vested or contingent;“convey” and “conveyance” as applied to any person include the execution by that person of everynecessary or suitable assurance (including an assent) for conveying, assigning, appointing,surrendering, or otherwise transferring or disposing of land whereof he is seised or possessed, orwherein he is entitled to a contingent right, either for his whole estate or for any less estate, togetherwith the performance of all formalities required by law for the validity of the conveyance;“Court” means the High Court or a Judge thereof;“income” includes rents and profits;“land” includes land of any tenure, houses and other buildings, mines and minerals, and other corporealhereditaments; also a rent and other incorporeal hereditaments, and an easement, right, privilege, orbenefit in, over, or derived from land, and also an undivided share in land; and in this definition “minesand minerals” include any strata or seam of minerals or substances in or under any land, and powers ofworking and winning the same; and hereditaments mean real property which under an intestacydevolve on the next of kin;“mortgage” and “mortgagee” include a charge or chargee by way of mortgage and relate to every estateand interest regarded in equity as merely a security for money, and every person deriving title under theoriginal mortgagee, and also include and relate to an encumbrance under the Title by Registration Act;“pay” and “payment” as applied in relation to stocks and securities and in connexion with theexpression “into court” include the deposit or transfer of the same in or into court;“personal representative” means the executor or administrator for the time being of a deceased person;“person resident in the Territory” means a person who ordinarily resides within the Territory or carrieson business from an office or other fixed place of business within the Territory but does not include acompany incorporated under the International Business Companies Act;“possession” includes receipt of rents and profits or the right to receive the same, if any; and“possessed” applies to receipt of income of and to any vested estate less than a life interest inpossession or in expectancy in any land;“property” includes real and personal property, and any estate, share and interest in any property, realor personal, and any debt, and any thing in action, and any other right or interest, whether in possessionor not;“rights” include estates and interests;4

Análise de Bahcall (1999):• M *= 1.0 x 10 13 h -1 M sun• M gas= 5.5 x 10 13 h -1 M sunAglomerado de Coma(r < 1.5 h -1 Mpc)• M T= 6.8 x 10 14 h -1 M sunA massa total é ~ 10 vezes amassa em estrelas e gásMATÉRIA ESCURA7

Evidências da ME:o aglomerado bala8

A ME é bariônica?• A maior parte da ME não deve ser bariônica!- nucleosíntese primordial- flutuações na radiação cósmica de fundo- formação de galáxias9

arions x não-barionsflutuações da temperatura da radiação cósmica de fundo(WMAP, 2003):posição dos picos depende de Ω bΩ m=0.24±0.02 Ω b=0.042±0.00311

arions x não-barionsformação de galáxias:idéia básica: logo após o Big-Bang o universo era bastantehomogêneo, com pequenasirregularidades;estas irregularidades crescemsob a ação da gravidade,vindo a formar galáxias,estrelas e outros corposcelestes≈10 -5 1000(Δρ/ρ) hoje≈ (Δρ/ρ) rec(1+z rec)10 -2 !!problema: num universo puramente bariônico12não dá tempo de formar galáxias!!

arions x não-barions• nucleosíntese primordial: Ω b=0.042pn2Hp 3 Hen 4He• flutuações da RCF: Ω b=0.042(Medidas completamente independentes!)• quantidade de matéria: Ω m= 0.24 ± 0.02A maior parte da matéria escura é nãobariônica!13

Tipos de ME e formação de estruturas- ME quente: são relativísticas quando sedesacoplam (neutrinos massivos)primeiras estruturas a se formar seriam muitograndes e as estruturas menores seriam formadaspor fragmentação das maiores (teoria das panquecas)- ME fria: são não-relativísticas quando sedesacoplam (neutralino, axions...)leva a um cenário hierárquico de formação deestruturas17

simulações (Frenk, 1985)universo aberto com CDMuniverso de Einstein – de Sittercom matéria escura quenteobservações(CfA)18

E os neutrinos?Neutrinos: ME quenteO free-streaming dissipapequenas estruturasCMB+LSS:Σ m ν< 0.17 eV(Seljak et al. 2006)a astrofísica provêo vínculo maisforte sobre a massados neutrinos!19

Paradigma: matéria escura fria(CDM)• Explica muito bem aestrutura do universoem grandes escalas(Millenium Simulation, 2005)20

ME Fria• interação puramente gravitacional• “estável”: vida media longa, > 1/H 0• candidatos:- neutralino: m ~ 100 GeV- axion: m ~ 10 -6 eV- ...(isso dá uma dimensão de nossa ignorância)WIMPs: weakly interacting massive particles21

NFW: Navarro, Frenk, White (1996)Porém, há problemas com a CDMconvencional!• Problemas com as simulações:- excesso de satélites- perfis de matériaexcessivamente “pontudos” :ρ = ρ 0(r/r c) -1 (1+r/r c) -222

Alternativas a CDM• MOND: Modified Newtonian DynamicsMilgrom (1983)• Branas (teoria das cordas)• Propriedades adicionais da ME• Física dos bárions?23

Alternativas a CDM: MOND (Milgrom 1983)• Modificação da gravitaçãonewtoniana:• g = V 2 /r = GM/(r 2 μ(g/a 0))• μ(g/a 0)=1 se g >> a 0μ(g/a 0)= g/a 0se g

• Branas: teoria de cordasAlternativas a CDM: Branas• Modelos com dimensões extras• A matéria ocupa 4-dimensões• A gravidade se propagatambém nas outras dimensões(o “bulk”)• ME: interação entre branas25

O que fazer para conhecer anatureza da ME?2 rotas complementares:• Experimentação: busca/detecção direta departículas e/ou produtosdedecaimento/aniquilação• Astrofísica: vínculos apartir da distribuição dematéria no universo28

A ME já foi detectada?Experimento DAMA/LIBRA29

A ME já foi detectada?Experimento DAMA/LIBRA30

A ME já foi detectada?Experimento DAMA/LIBRAModel­independent single­hit residual ratein a single annual cycle•Initial time 7th August 7 annual cycles: Total Exposure: 107731 kg ∙ d6.3 σ C.L.for t 0 = 152.5 d and T = 1.00 y:A = (0.0195 ± 0.0031) cpd/kg/keVfor t 0 = 152.5 d and T = 1.00 y:A = ­(0.0009 ± 0.0019) cpd/kg/keVA clear modulation is present in the lowest­energy energy region,while it is absent just above31

as supernovas e a energia escuraΛ = 0a constante cosmológica está de volta!35

a energia escuramas o que é Λ?a constante cosmológica pode ser interpretadacomo energia do vácuo: energia do estadofundamental de algum campo físico ainda nãoconhecidoproblema:a intepretação de Λ via teoria quântica de camposprevê Ω λ~ 10 120a pior predição conhecida da física!(ele está rindo!)36

Equações de Friedmann-Lemaître:a energia escurao vácuo é um fluido de pressão negativa:p vacvac= –ρ vacc 2 = –Λ/8πG = constante–ρ vacequação de estado:p = w ρ c 2constante cosmológica: w = -137

a energia escura:o problema da coincidênciaporquê a energia escura só começou a dominar “logo agora”,em z~0.5?(ele está rindo!)39

a energia escuraentender a energia escura é um tremendo desafiopróximo passo:constante cosmológica ou w variável?parametrização conveniente:w(z) = w 0+ w a(1-R 0/R) = w 0+ w az/(1+z)técnicas: BAO, tomografia por lentes fracas, aglomerados, ...40

Majumdar & Mohr 2004previsão do DES: 68% CL σ(Ω DE) = 0.004 (0.012)σ(w 0) = 0.061 (0.112)σ(w a) = 0.217 (0.498)em parenteses os resultados atuais41

Cosmological ParametersKowalski et al. (2008)w = –0.94 ± 0.142

• Epiciclos?O lado escuro da força!43