Tracing mass in the universe, one galaxy at a time : a unified lensing and dynamics approach to probe gravity and galaxy evolution - Carneiro, Carlos Roberto de Melo (2025)
Lenteamento gravitacional forte e dinâmica estelar são métodos complementares para investigar o potencial gravitacional de galáxias. Sua combinação autoconsistente permite recuperar com mais precisão os perfis de massa ao quebrar degenerescências (e.g., massa-anisotropia e folha de massa) e possibilita novos testes de gravidade e da física da matéria escura. Esta Tese explora tal sinergia utilizando o dyLens, um pipeline Bayesiano desenvolvido neste trabalho para combinar ambas as técnicas. Primeiramente, aplicamos esta metodologia ao sistema de lente forte SDP.81, cujo lente se encontra em zl = 0.299, modelando conjuntamente imagens do ALMA, fotometria do HST e cinemática do VLT/MUSE para restringir o parâmetro de deslizamento gravitacional ηPPN = Φ/Ψ. Na Relatividade Geral e assumindo um tensor de tensão anisotrópica desprezível, ηPPN = 1. Obtemos para esse sistema ηPPN = 1.13+0.03 −0.03±0.20 (sys), um resultado consistente com a Relatividade Geral que impõe novos vínculos sobre desvios da mesma em escalas galácticas e em redshifts intermediários. Em seguida, usamos lentes simuladas extraídas da simulação TNG50 para avaliar a precisão e as limitações da abordagem de modelagem combinada. Descobrimos que o dyLens consistentemente supera os modelos de apenas lente e apenas dinâmica na recuperação de quantidades importantes como massa total, massa estelar e fração de matéria escura. O modelo combinado recupera a massa total intrínseca dentro de 2.5Reff com um viés mediano de apenas 2%, e a inclinação do perfil de densidade total com vieses tipicamente abaixo de 5%. Também investigamos a influência do número de vínculos cinemáticos e do modelo de massa assumido, concluindo que o primeiro tem pouco impacto, enquanto premissas mais restritivas sobre o perfil de matéria escura melhoram significativamente a recuperação dos parâmetros da matéria escura. Finalmente, aplicamos o modelo combinado completo ao sistema Ferradura Cósmica (Cosmic Horseshoe), uma galáxia lente em zl = 0.44 com fonte dupla que apresenta um arco radial. Nosso modelo fiducial infere de forma robusta a presença de um buraco negro ultramassivo, com log10(MBH/M⊙) = 10.56+0.07 −0.08 ± (0.12)sys. A evidência Bayesiana favorece fortemente a inclusão de tal objeto, com uma significância de 5σ. O sistema encontra-se ∼ 1.5σ acima da relação MBH-σe local, sugerindo uma história evolutiva distinta — provavelmente moldada por fusões precoces e crescimento do buraco negro em um ambiente de grupo fóssil (atualmente). Também descobrimos que o halo de matéria escura é bem descrito por um perfil do tipo NFW, sem evidência significativa de forte contração ou expansão induzida por bárions. Em suma, esta Tese demonstra o poder de combinar lenteamento gravitacional forte e dinâmica estelar como uma método efetivo de sondar a distribuição de massa em galáxias e testar física fundamental. O modelo autoconsistente fornece uma ferramenta robusta para futuros estudos de lentes em escala de galáxia, especialmente no contexto dos próximos grandes levantamentos de dados como o Euclid, LSST, CSST e o ELT.