Galaktikų tankis kosminės evoliucijos tyrimo (COSMOS) lauke su spalvomis, vaizduojančiomis galaktikų raudoną poslinkį, nuo 0,2 (mėlyna) iki 1 (raudona) raudonojo poslinkio. Rožiniai rentgeno kontūrai rodo išplėstą rentgeno spinduliavimą, kaip stebėjo „XMM-Newton“.
Tamsiąją medžiagą (iš tikrųjų šaltą, tamsiąją - ne-barioninę - materiją) galima aptikti tik pagal jos gravitacinę įtaką. Klasteriuose ir galaktikų grupėse ta įtaka pasireiškia kaip silpnas gravitacinis lęšis, kurį sunku prikalti. Vienas iš būdų tiksliau įvertinti gravitacinių sklaidytuvų laipsnį - taigi ir tamsiosios medžiagos pasiskirstymą - yra rentgeno spinduliuotės iš karštos vidinės klasterio plazmos panaudojimas masės centrui nustatyti.
Būtent tai neseniai padarė astronomų komanda ... ir jie pirmą kartą mums suteikė informacijos apie tamsiosios materijos vystymąsi per pastaruosius daugelį milijardų metų.
COSMOS yra astronominis tyrimas, skirtas nustatyti galaktikų susidarymą ir evoliuciją priklausomai nuo kosminio laiko (raudonojo poslinkio) ir didelio masto struktūros aplinkos. Tyrimas apima 2 kvadratinių laipsnių pusiaujo lauką, kuriame vaizduojama dauguma didžiųjų kosminių teleskopų (įskaitant Hablo ir XMM-Niutonas) ir daugelį antžeminių teleskopų.
Tamsiosios materijos prigimties supratimas yra vienas pagrindinių šiuolaikinės kosmologijos klausimų. Viename iš būdų, naudojamų šiam klausimui spręsti, astronomai naudoja masės ir ryškumo santykį, kuris buvo nustatytas galaktikų klasteriuose, siejantį jų rentgeno spinduliuotę, nurodant vien tik įprastos („baryoninės“) medžiagos masę ( be abejo, baryoninei medžiagai priklauso elektronai, kurie yra leptonai!) ir jų bendrosios masės (baryoninė plius tamsiosios medžiagos), nustatomos gravitaciniu lęšiu.
Iki šiol santykiai buvo užmegzti tik su netoliese esančiomis grupėmis. Naujas tarptautinio bendradarbiavimo, įskaitant Makso Plancko nežemiškos fizikos institutą (MPE), Marselio astrofizikos laboratoriją (LAM) ir Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija (Berkeley Lab), darbas padarė didelę pažangą plėtojant santykius į atokesnius. ir mažesnės konstrukcijos, nei buvo galima anksčiau.
Siekdama nustatyti ryšį tarp rentgeno spinduliuotės ir pagrindinės tamsiosios medžiagos, komanda panaudojo vieną didžiausių rentgeno spinduliuote atrinktų galaktikų grupių ir klasterių pavyzdžių, pagamintų ESA rentgeno observatorijos „XMM-Newton“.
Galaktikų grupes ir grupes galima veiksmingai rasti naudojant jų išplėstinę rentgeno spinduliuotę mažesnėmis nei arklidinėmis skalėmis. Dėl didelio efektyvaus ploto „XMM-Newton“ yra vienintelis rentgeno teleskopas, galintis aptikti silpną tolimų galaktikų grupių ir klasterių spinduliuotės kiekį.
„Stebina„ XMM-Newton “galimybė pateikti didelius galaktikų grupių katalogus giliuose laukuose“, - sakė Alexis Finoguenov iš MPE ir Merilando universiteto, neseniai paskelbto „Astrophysical Journal“ (ApJ) straipsnio, kuriame buvo pranešta apie komandos, bendraautorius. rezultatai.
Kadangi rentgeno nuotraukos yra geriausias būdas surasti ir apibūdinti grupes, dauguma tolesnių tyrimų iki šiol buvo apriboti palyginti arti esančiomis galaktikų grupėmis ir klasteriais.
„Atsižvelgiant į precedento neturintį katalogą, kurį pateikė„ XMM-Newton “, mes sugebėjome išplėsti masės matavimus į daug mažesnes struktūras, kurios egzistavo daug anksčiau Visatos istorijoje“, - sako Alexie Leauthaud iš „Berkeley Lab“ fizikos skyriaus, pirmoji šio leidinio autorė. ApJ tyrimas.
Gravitacinis lęšis atsiranda todėl, kad masė kreivuoja aplink ją esančią erdvę, lenkdama šviesos kelią: kuo daugiau masės (ir kuo arčiau jos yra masės centras), tuo daugiau erdvės lenkiasi ir tuo labiau tolimo objekto vaizdas paslinksta ir iškraipytas. Taigi, matuojant lęšio objekto masę, svarbu išmatuoti iškraipymus arba „šlyties“ parametrus.
Silpno gravitacinio lęšio atveju (kaip naudojamas šiame tyrime) šlyties yra per daug subtilios, kad būtų galima tiesiogiai pamatyti, tačiau statistiškai galima apskaičiuoti silpnus papildomus iškraipymus tolimųjų galaktikų rinkinyje, o vidutinis šlyties dydis dėl kai kurių masyvių lęšių objektą priešais juos galima apskaičiuoti. Tačiau norint apskaičiuoti lęšio masę iš vidutinės šlyties, reikia žinoti jo centrą.
„Aukšto raudonojo poslinkio grupių problema yra ta, kad sunku tiksliai nustatyti, kuri galaktika yra klasterio centre“, - sako Leauthaud. „Štai kur padeda rentgeno nuotraukos. Rentgeno spinduliuotė iš galaktikų sankaupos gali būti naudojama labai tiksliai rasti jos centrą. “
Žinodami rentgeno spinduliuotės analizės masės centrus, tada Leauthaud ir kolegos galėjo naudoti silpną lęšį, kad didesniu tikslumu nei bet kada anksčiau galėtų įvertinti bendrą tolimiausių grupių ir klasterių masę.
Paskutinis žingsnis buvo nustatyti rentgeno spinduliuotę kiekvienoje galaktikų grupėje ir nubraižyti ją pagal masę, nustatytą atsižvelgiant į silpną lęšį, atsižvelgiant į gautą masės ir ryškumo santykį naujai grupių ir klasterių kolekcijai, praplečiant ankstesnius tyrimus iki mažesnės masės ir didesnės. raudonos pamainos. Apskaičiuojamo neapibrėžtumo atžvilgiu santykis eina tuo pačiu tiesiu nuolydžiu nuo netoliese esančių galaktikų grupių iki tolimų; paprastas nuoseklus mastelio koeficientas susieja bendrą grupės (spiečio ir pliuso) masę su rentgeno spinduliuote, o pastaroji išmatuoja vien baryoninę masę.
„Patvirtindami masinio šviesos ryškumo ryšį ir išplėsdami jį į didelius raudonojo poslinkio efektus, žengėme nedidelį žingsnį teisinga linkme, naudodami silpną lęšį kaip galingą įrankį struktūros evoliucijai įvertinti“, - sako Jean-Paul Kneib, bendraautorius. iš LAM ir Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro (CNRS) ApJ dokumento.
Galaktikų kilmę galima atsekti dėl nedidelių karštosios, ankstyvosios Visatos tankio skirtumų; Šių skirtumų pėdsakai vis dar gali būti vertinami kaip minutiniai temperatūrų skirtumai kosminiame mikrobangų fone (CMB) - karštose ir šaltose vietose.
„Variacijos, kurias stebime senoviniame mikrobangų danguje, atspindi įspaudus, kurie laikui bėgant tapo kosminiais tamsiosios medžiagos pastoliais galaktikoms, kurias mes matome šiandien“, - sako George Smoot, Berklio kosmologinės fizikos centro (BCCP) direktorius, profesorius. Kalifornijos Berkeley universiteto fizikos fakultetas ir Berkeley Lab fizikos skyriaus narys. „Smoot“ pasidalino 2006 m. Nobelio fizikos premija už anisotropijų matavimą CMB ir yra vienas iš ApJ darbo autorių. „Labai įdomu tai, kad iš tikrųjų su gravitaciniu lęšiu galime išmatuoti, kaip tamsioji medžiaga sugriuvo ir vystėsi nuo pat pradžių“.
Tiriant struktūros evoliuciją, vienas tikslas yra suprasti pačią tamsiąją medžiagą ir jos sąveiką su įprasta materija, kurią galime pamatyti. Kitas tikslas yra sužinoti daugiau apie tamsiąją energiją - paslaptingą reiškinį, kuris išskiria materiją ir priverčia Visatą plėstis įsibėgėjančiu greičiu. Į daugelį klausimų liko neatsakyta: ar tamsi energija yra pastovi, ar ji dinamiška? Ar tai yra tik iliuzija, kurią sukelia Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos apribojimas?
Priemonės, kurias suteikia išplėstas masinio ryškumo ryšys, daug padės atsakyti į šiuos klausimus apie priešingus gravitacijos ir tamsiosios energijos vaidmenis formuojant Visatą dabar ir ateityje.
Šaltiniai: ESA ir dokumentas, išspausdintas 2010 m. Sausio 20 d. „Astrophysical Journal“ numeryje (priešpaskutinis yra „arXiv“: 0910.5219).
