eROSITA X-ışını gökyüzü araştırması ölçümleri kozmik mikrodalga arka planıyla tutarlılık gösteriyor

Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü liderliğindeki Alman eROSITA konsorsiyumunun bilim insanları, evrendeki en büyük nesneler olan galaksi kümelerinin kozmik zaman içinde nasıl evrimleştiğine ilişkin analizin, toplam madde içeriği ve yığınsallığına ilişkin kesin ölçümler sağladığını bildirdi. Bonn Üniversitesi’nin katılımı.

Sonuçlar standart kozmolojik modeli doğruluyor ve S8 gerilimi olarak adlandırılan gerilimi hafifletiyor, aynı zamanda bulunması zor nötrinoların kütlesine dair bilgiler sunuyor. Analiz, gökada kümeleri ve üstkümelerin en büyük kataloglarından birine dayanmaktadır. Analizin önemli bir ayağı, Bonn Üniversitesi’nin büyük katkı sağladığı, keşfedilen galaksi kümelerinin “tartılması”dır.

eROSITA, Temmuz 2019’da fırlatılan Spectrum-RG uydusu üzerinde bulunan bir X-ışını uzay teleskobudur. İki hafta önce, Alman eROSITA konsorsiyumu ilk tüm gökyüzü araştırmasına ait verilerini yayınladı. Araştırmanın temel amacı, evrendeki en büyük yapılardan bazıları olan gökada kümelerinin kozmik zaman içindeki büyümesinin ölçülmesi yoluyla kozmolojiyi daha iyi anlamaktır.

Kümelerin evrimini, eROSITA tarafından tespit edilen sıcak gazın yaydığı X-ışınları yoluyla takip etmek ve bu kümelerin zayıf yerçekimsel mercekleme yoluyla sağlam kütle ölçümleri ile birleştirmek, hem evrendeki toplam madde yoğunluğunun hem de onun topaklığının kesin ve doğru ölçümleri, yapıldı. Farklı teknikler, özellikle kozmik mikrodalga arka planı (CMB) ve Kozmik Kesme olarak adlandırılan yöntem kullanılarak yapılan geçmişteki topaklanma ölçümleri birbirleriyle tutarsız görünürken, eROSITA ölçümleri artık CMB ile tutarlılık göstermektedir.

Çığır açan sonuçları sunan eROSITA kümeleri ve kozmoloji ekibinin baş bilim insanı Dr. Esra Bülbül (MPE), “eROSITA artık küme evrimi ölçümünü hassas kozmoloji için bir araç olarak kurdu” dedi. “Galaksi kümelerinden ölçtüğümüz kozmolojik parametreler, aynı kozmolojik modelin Büyük Patlama’nın hemen sonrasından günümüze kadar geçerli olduğunu gösteren son teknoloji ürünü CMB ile tutarlıdır.”

Lambda Soğuk Karanlık Madde (ΛCDM) modeli adı verilen standart kozmolojik modele göre, bebek evreni son derece sıcak, yoğun bir foton ve parçacık deniziydi. Kozmik zaman boyunca, küçük yoğunluk değişimleri büyüyerek bugün görebildiğimiz büyük galaksilere ve galaksi kümelerine dönüştü. eROSITA küme gözlemleri, her türden maddenin (görünür ve karanlık) evrenin toplam kütle/enerji bütçesinin %29’unu oluşturduğunu göstermektedir; bu, evren ilk oluştuğunda yayılan CMB ölçümlerinden elde edilen değerlerle mükemmel bir uyum içindedir. şeffaf.

eROSITA, evrendeki toplam madde yoğunluğunu ölçmenin yanı sıra, S8 parametresi olarak adlandırılan madde dağılımının topaklanmasını da ölçtü. Son yıllarda kozmolojideki önemli bir gelişme “S8 gerilimi” olarak adlandırılan olay olmuştur. Bu gerilim, CMB deneylerinin, örneğin Kozmik Kesme araştırmalarından daha yüksek bir S8 değeri ölçmesi nedeniyle ortaya çıkar.

Bu gerilim çözülemediği sürece yeni fizik ima ediliyor ve eROSITA tam da bunu yaptı. MPE’de doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Vittorio Ghirardini “eROSITA bize evrenin kozmik tarih boyunca beklendiği gibi davrandığını söylüyor” diyor. kozmoloji çalışması şuraya gönderildi: arXiv ön baskı sunucusu. “SPK ile herhangi bir gerilim yok; belki kozmologlar artık biraz rahatlayabilirler.”

Evrendeki en büyük nesneler aynı zamanda en küçük parçacıklar olan nötrinolar hakkında da bilgi taşır. Bu hafif parçacıkların tespit edilmesi neredeyse imkansızdır. eROSITA ekibi, evrendeki en büyük karanlık madde halelerinin bolluğundan, bilinen en hafif parçacıkların kütlesi üzerinde sıkı kısıtlamalar elde etti. eROSITA kümesi sonuçları, bugüne kadar herhangi bir gözlemsel kozmoloji araştırmasından elde edilen en sıkı birleşik nötrino kütle ölçümünü sağlar.

Analizin önemli bir bileşeni zayıf yerçekimsel merceklenme ölçümleridir. Bu etki, uzak gökadaların ışık ışınları ön plandaki yapıların yerçekimsel alanından geçtiğinde gözlemlenen uzak gökadaların şekillerine damgalanan tutarlı bozulmaları açıklar. Kozmik Kesme çalışmaları etkiyi rastgele yönlerde araştırırken, aynı zamanda galaksi kümelerinin kütlelerini tahmin etmek için bunların çevresinde de ölçülebilir.

eROSITA ekibi, mevcut üç zayıf yerçekimsel merceklenme araştırmasından, Karanlık Enerji Araştırması’ndan (DES), Hyper Suprime Cam Araştırması’ndan (HSC) ve Kilo-Derece Araştırmasından (KiDS) elde edilen verileri içeren bu tür ölçümler gerçekleştirdi. Bu ölçümler, eROSITA X-ışını sinyali ile küme kütlesi arasındaki ilişkiyi kalibre ederek kozmolojik model tahminleriyle karşılaştırmayı mümkün kılar.

“Bu kozmoloji kısıtlamalarını mümkün kılan eROSITA küme kütle kalibrasyonu için önde gelen üç zayıf mercekleme araştırmasının tümünün analizini sağlamada mükemmel bir iş çıkaran zayıf mercekleme ekibiyle gurur duyuyorum; bu daha önce hiç başarılmamış bir şey” diyor Prof. Bonn Üniversitesi Argelander Astronomi Enstitüsü’nden (AIfA) Dr. Thomas Reiprich, eROSITA kümesi ve kozmoloji ekibi içindeki zayıf mercekleme kütle kalibrasyonu çalışma paketini 2019’dan 2023’ün sonuna kadar yönetti.

Aynı zamanda Bonn Üniversitesi Disiplinlerarası Araştırma Alanı (TRA) “Madde” üyesidir. “KiDS” zayıf mercekleme anketinin analizi ve ayrıca üç anketin tümü arasındaki ayrıntılı karşılaştırma bugün şurada sunulmaktadır: Kağıtayrıca ön baskı olarak da yayınlandı arXiv ve Ph.D. Florian Kleinebreil tarafından yönetilmektedir. Prof. Dr. Tim Schrabback’in grubundaki öğrenci.

Bu çalışmanın büyük bir kısmı, her ikisi de 2022 sonbaharında Innsbruck Üniversitesi’ne taşınana kadar AIfA’da yürütüldü. “Üç mercek araştırmasının, eROSITA kümeleri için tutarlı kütle kısıtlamaları sağladığını ve genel kümeler için önemli bir tutarlılık testi sağladığını bulduk. analiz” diye açıklıyor Kleinebreil.

“Tamamlanan analiz, en son teknolojiye sahip galaksi kümesi örneklerinin ve zayıf mercek araştırmalarının birleşik analizleri tarafından sağlanan olağanüstü kozmolojik kısıtlayıcı gücü göstermektedir. Heyecan verici bir şekilde, bu alan, bir sonraki araştırmaların gelmesi sayesinde önümüzdeki yıllarda daha da ilerleyecektir. ESA’nın yeni uzay teleskopu Euclid tarafından yürütülen program da dahil olmak üzere nesil zayıf mercekleme programları” diye ekliyor Schrabback.