Testing general relativity at galactic scales - Carneiro, Carlos Roberto de Melo (2021)
A Relatividade Geral (RG) tem sido testada com sucesso em escalas do Sistema Solar. No entanto, para escalas galácticas, esta teoria foi pouco testada. Além disso, várias análises de dados de galáxias dependem do valor da constante de Hubble (H0), que está atualmente em discussão. Contudo, ao longo das décadas, muitas questões não resolvidas surgiram, e até o presente momento a RG não foi capaz de resolvê-las. Neste trabalho implementamos outro teste para a RG em escalas galácticas, combinando medidas de massa para uma galáxia elíptica que atua como lente gravitacional. Essas medidas podem ser obtidas por cinemática estelar e lentes gravitacionais, e são conectadas por um parâmetro γPPN, no formalismo Pós-Newtoniano Parametrizado. Este parâmetro, em nosso contexto, pode ser obtido a partir da razão de dois potenciais diferentes: o potencial Newtoniano Φ, que atua em partículas massivas e não relativísticas; e o potencial de curvatura Ψ, relacionado à curvatura do espaço-tempo, e mais importante para o movimento de partículas relativísticas e sem massa. Assumindo a RG, γPPN = 1. Essa abordagem foi implementada por Collett et al. (2018) usando um sistema cuja galáxia lente está em zl = 0.035, no qual eles encontram γPPN = 0.97 ± 0.09. Nós aplicamos essa mesma metodologia para o sistema SDP.81, no qual a galáxia lente está em zl = 0.299 e, portanto, muito mais distante do que o objeto estudado por Collett et al. Para isso, utilizamos dados provenientes de três instrumentos dos melhores observatórios da atualidade: ALMA, HST e VLT/MUSE. Além do teste de RG, fomos capazes de estudar a distribuição de massa da galáxia lente, e descobrimos que cerca de 45% de sua massa dentro de 1Re = 1.15600 é devido à presença de matéria escura descrita por um perfil Navarro-Frenk-White, estando nossa estimativa de acordo com estudos anteriores que utilizaram galáxias em redshift semelhante. No entanto, o resultado principal é a inferência de γPPN. Percebemos que nosso modelo mais provável indica um desvio da RG dentro de 1σ, mas com um erro estatístico muito pequeno, o que mostra que nossa inferência é dominada por erros sistemáticos. Estudos anteriores que restringiam γPPN com uma abordagem similar a nossa apresentam o mesmo problema. Usando a sistemática derivada desses estudos anteriores, fomos capazes de desenhar dois cenários possíveis. No pior cenário, os efeitos sistemáticos são da ordem de 25%, o que nos deixa com γPPN = 1.0092 ± 0.0001(stat) ± 0.2523(sys), que concorda com a RG dentro de 1σ. Já no melhor dos cenários, a sistemática é da ordem de 9% e a inferência final γPPN = 1.0092 ± 0.0001(stat) ± 0.0908(sys) ainda permanece em acordo com a RG, dentro de 1σ.