Kolizje gromad galaktyk: wskazówka na istnienie ciemnej materii Tomek Bulik, OAUW

Dennis William Siahou Sciama (November 18, 1926 - December 18, 1999) „My Dear, dark matter is important, go, and work on the dark matter”

Masa gromad galaktyk Zwicky – 1933, 1937: Całkowita masa 100 razy większa od masy świecącej Stan dzisiejszy: 1-3% gwiazdy 10-20% gaz (T~1-10 keV, optycznie cienki) 80-90% ciemna materia (1015 Msun)

Ceimna materia w galaktykach

Wyznaczenie masy

Inne wyjaśnienie Załozenie: grawiatacja jest Newtonowska na duzych odległościach - Mpc Czy można zmienić teorię tak aby nie potrzeba było ciemnej materii? Modified Newtonian Dynamics (MOND)

Co to MOND? Dodatkowa funkcja (x)=1 for x>>1 (x)=x for x<<1 Zaproponowane prze M. Milgroma w 1981.

Krzywe rotacji Milgrom wyznaczył stałą. Relacja Tully-Fischer.

MOND Bardzo trudne uogólnienie do teorii relatywistycznej Udana próba – TeVeS Trudna do sprawdzenia w układzie słonecznym Gromady galaktyk i ich dynamika Może być zgodna z anomalią Pioneer-ów

Kolizje gromad Skala czasowa - Gyr energia: 1063-64 erg czy czarna materia może być odseparowana od widzialnej w wyniku kolizji

Wyznaczenie gęstości gazu Widmo: otycznie cienkie prominiowanie hamowania Temperatura – widmo rentgenowskie Gęstośc kolumnowa z natężenia Całkowita masa

Analiza szoku

Wyznaczanie masy z soczewkowania Wybrać słabe galaktyki Określić kształt Srednia eliptyczność Znaleźć łuki Srednia eliptyczność – średni potencjał grawitacyjny Potencjał - masa

Silne soczewkowanie Rozciągnięte łuki Wielokrotne obrazy Określenie rozkładu masy

Silne soczewkowanie

Rozkład masy Ciemna materia pokrywa się ze galaktykami Ciemna materia i gorący gaz są rozdzielone Galaktyki i ciemna materia – cząstki bezzderzeniowy Gaz – zderzenia

Inne przykłady

Co z tego wynika? Ciemna materia istnieje Jej własnośći pozostają nieznane To nie jest dowód na Newtonowskość grawitacji na dużych odległościach MOND nie wyjaśnie obserwacji

Samo-oddziałująca ciemna materia Brak czubków gęstości (cusps) w małych galaktykach Sub-halos w wilekich halo Samo -oddzałująca ciemna materia Górne ograniczenia: nie odparowanie halo, centralne gęstości halo

Ogrniczenia na przekrój czynny

Głębokość optyczna na samo oddziaływanie Głębokość optyczna mniejszej gromady musi być mała

Prędkość mnejszej gromady Pomiar z analizy szoku Prękość ~ swobodny spadek Siła tarcia

Stosunek masy do światła Masa utracona z mniejszej gromady w czasie przejścia Stosunki mas do światła normalne Utracone mniej niż 0.3 masy

Przekroje czynne Zakłądamy że nie zależy od prędkości Protony; m=mp Neutrina: m=1eV

Czarne dziury Przekrój czynny czarnych dziur Mas - poniżej 0.001 masy Słońca

Podsumowanie Ciemna materia istnieje Astrofizyczne ogrniczenia na przekrój prawie wykluczają samo-oddziałującą ciemną materię

Papers Bradac, M., D.~Clowe, A.~H.~Gonzalez, P.~Marshall, W.~Forman, C.~Jones, M.~Markevitch, S.~Randall, T.~Schrabback, and D.~Zaritsky 2006. Strong and Weak Lensing United. III. Measuring the Mass Distribution of the Merging Galaxy Cluster 1ES 0657-558. Astrophysical Journal652, 937-947. Clowe, D., M.~Bradac, A.~H.~Gonzalez, M.~Markevitch, S.~W.~Randall, C.~Jones, and D.~Zaritsky 2006. A Direct Empirical Proof of the Existence of Dark Matter. Astrophysical Journal648, L109-L113. Markevitch, M., A.~H.~Gonzalez, D.~Clowe, A.~Vikhlinin, W.~Forman, C.~Jones, S.~Murray, and W.~Tucker 2004. Direct Constraints on the Dark Matter Self-Interaction Cross Section from the Merging Galaxy Cluster 1E 0657-56. Astrophysical Journal606, 819-824. Clowe, D., A.~Gonzalez, and M.~Markevitch 2004. Weak-Lensing Mass Reconstruction of the Interacting Cluster 1E 0657-558: Direct Evidence for the Existence of Dark Matter. Astrophysical Journal604, 596-603.

Archeology of the Dark Ages

A series of images zooming in on Galaxy IOK-1, the reddish object in the center of the last panel, currently the most distant known galaxy about 12.88 billion light years away. The wide field image is a 254 by 284 arcsecond (North is up, East is left) portion of the entire region observed in search for distant galaxies. The closeup image is 8 by 8 arcseconds.

The brightest known image of a galaxy from the early universe (SDSS) Sahar Allam of Fermilab searched more than 70,000 SDSS-II images looking for merging pairs of galaxies. Allam recognized this as an arc of three images of the same background galaxy, gravitationally lensed by the luminous red elliptical in the foreground. (The faint blob at the lower left is a random galaxy in the field). A combination of furious star formation and gravitational amplification makes the 8 O'Clock Arc three times brighter than the brightest previously known Lyman break galaxy, another gravitationally lensed system known as cB58.

Allam and the team confirmed the finding using this image from the 3 Allam and the team confirmed the finding using this image from the 3.5-meter telescope at Apache Point Observatory in New Mexico. The faint, fourth image of the Lyman break galaxy is visible just below the central galaxy. Z=2,73 The spectrum of the 8 O'Clock Arc (top), measured from the Apache Point Observatory 3.5-meter telescope, demonstrates that it is a highly redshifted, distant, Lyman break galaxy. The Arc spectrum is similar to that of cB58 (middle), but somewhat different from the average spectrum of fainter Lyman break galaxies (bottom)

Discovery of a "Super-Earth" Microlensing Planet of 13 Earth Masses: OGLE-2005-BLG-169Lb. Discovery Paper of the MicroFUN, OGLE and Robonet Collaborations: Gould, Udalski, An, Bennett et al., 2006, astro-ph/0603276.