Оптические изображения, показывающие галактики в направлении четырех скоплений галактик на разных расстояниях. Рентгеновское излучение горячего газа в скоплениях показано синим цветом. Авторы и права: М. Клюге, К. Гаррель, С. Грандис; оптическое изображение: Legacy Survey DR10, рентгеновское: eROSITA
Анализ того, как скопления галактик, крупнейшие объекты во Вселенной, развиваются в течение космического времени, позволил получить точные измерения общего содержания материи и ее комковатости, сообщают ученые немецкого консорциума eROSITA, возглавляемого Институтом внеземной физики Макса Планка и совместно с участие Боннского университета.
Результаты подтверждают стандартную космологическую модель и смягчают так называемое напряжение S8, в то же время предлагая понимание массы неуловимых нейтрино. Анализ основан на одном из крупнейших каталогов скоплений и сверхскоплений галактик. Важным столпом анализа является «взвешивание» обнаруженных скоплений галактик, в котором основной вклад внес Боннский университет.
eROSITA — рентгеновский космический телескоп на борту спутника «Спектр-РГ», запущенный в июле 2019 года. Две недели назад немецкий консорциум eROSITA опубликовал данные первого обзора всего неба. Основная цель исследования — лучше понять космологию посредством измерения роста за космическое время скоплений галактик, одних из крупнейших структур во Вселенной.
Отслеживание эволюции скоплений с помощью рентгеновских лучей, излучаемых горячим газом, обнаруженных eROSITA, в сочетании с надежными измерениями массы этих скоплений с помощью слабого гравитационного линзирования, точными и точными измерениями как общего количества плотности материи во Вселенной, так и ее комковатости. были сделаны. В то время как прошлые измерения комковатости с использованием различных методов, в частности космического микроволнового фона (CMB) и так называемого космического сдвига, казались несовместимыми друг с другом, измерения eROSITA теперь показывают согласованность с CMB.
«eROSITA теперь внедрила измерение эволюции кластеров в качестве инструмента точной космологии», — сказала доктор Эсра Бюльбюль (MPE), ведущий научный сотрудник группы кластеров и космологии eROSITA, которая предоставила новаторские результаты. «Космологические параметры, которые мы измеряем по скоплениям галактик, согласуются с современными данными реликтового излучения, показывающими, что та же космологическая модель сохраняется вскоре после Большого взрыва и по сей день».
То же, что и выше, но показаны только галактики, которые, как ожидается, будут находиться в соответствующих скоплениях (а не на переднем или заднем плане). Авторы и права: М. Клюге, К. Гаррель, С. Грандис; оптическое изображение: Legacy Survey DR10, рентгеновское: eROSITA
Согласно стандартной космологической модели, называемой моделью лямбда-холодной темной материи (ΛCDM), зародившаяся Вселенная представляла собой чрезвычайно горячее и плотное море фотонов и частиц. С течением космического времени крошечные изменения плотности превратились в большие галактики и скопления галактик, которые мы можем видеть сегодня. Наблюдения кластера eROSITA показывают, что материя всех видов (видимая и темная) составляет 29% от общего баланса массы и энергии Вселенной, что прекрасно согласуется со значениями, полученными в результате измерений реликтового излучения, которое было излучено, когда Вселенная впервые возникла. прозрачный.
Помимо измерения общей плотности материи во Вселенной, eROSITA также измерила комковатость распределения материи, описываемую с помощью так называемого параметра S8. Важным событием в космологии последних лет стало так называемое «напряжение S8». Это напряжение возникает из-за того, что эксперименты CMB измеряют более высокое значение S8, чем, например, исследования Cosmic Shear.
Новая физика подразумевается, если это противоречие не будет разрешено, и eROSITA сделала именно это. «eROSITA сообщает нам, что Вселенная вела себя так, как и ожидалось на протяжении всей космической истории», — говорит доктор Витторио Гирардини, научный сотрудник MPE, который руководил космологическим исследованием, опубликованным на сервере препринтов arXiv. «С реликтовым излучением нет никакой напряженности — возможно, космологи теперь смогут немного расслабиться».
Крупнейшие объекты во Вселенной также несут информацию о мельчайших частицах: нейтрино. Эти легкие частицы практически невозможно обнаружить. На основе обилия крупнейших гало темной материи во Вселенной команда eROSITA получила жесткие ограничения на массу самых легких известных частиц. Результаты кластера eROSITA дают самое точное комбинированное измерение массы нейтрино на сегодняшний день из всех наблюдательных космологических зондов.
То же, что и два других изображения, но дополнительно иллюстрирует измеренное среднее искажение изображений фоновых галактик, вызванное слабым эффектом гравитационного линзирования, позволяющим «взвешивать» скопления. Авторы и права: М. Клюге, К. Гаррель, С. Грандис; оптическое изображение: Legacy Survey DR10, слабое линзирование: Dark Energy Survey (DES), рентгеновское изображение: eROSITA
Важным компонентом анализа являются измерения слабого гравитационного линзирования. Этот эффект описывает когерентные искажения, которые отпечатываются на наблюдаемых формах далеких галактик, когда их световые лучи проходят через гравитационное поле структур переднего плана. Хотя исследования космического сдвига исследуют эффект в случайных направлениях, его также можно измерить вблизи скоплений галактик, чтобы оценить их массы.
Команда eROSITA провела такие измерения, включив данные трех текущих исследований слабой гравитационной линзы: Обзора темной энергии (DES), Обзора Hyper Suprime Cam (HSC) и Обзора в килограммах (KiDS). Эти измерения калибруют связь между рентгеновским сигналом eROSITA и массой скопления, тем самым позволяя сравнивать его с предсказаниями космологической модели.
«Я горжусь командой по слабому линзированию, которая проделала отличную работу по предоставлению анализа всех трех ведущих исследований слабого линзирования для калибровки масс кластера eROSITA, которая позволила использовать эти космологические ограничения; то, чего никогда раньше не достигали», — говорит профессор. Доктор Томас Райприх из Института астрономии Аргеландера (AIfA) Боннского университета, который руководил пакетом работ по калибровке массы слабых линз в группе кластеров и космологов eROSITA с 2019 по конец 2023 года.
Он также является членом Зоны трансдисциплинарных исследований (TRA) «Материя» Боннского университета. Анализ исследования слабого линзирования «KiDS», а также подробное сравнение между всеми тремя исследованиями представлены сегодня в статье, также опубликованной в виде препринта на arXiv и проведенной Флорианом Кляйнебрейлем, доктором философии. студентка группы профессора доктора Тима Шраббака.
Основная часть этой работы проводилась в AIfA, пока оба они не переехали в Инсбрукский университет осенью 2022 года. анализ», — объясняет Кляйнебрейль.
«Завершенный анализ демонстрирует выдающуюся космологическую ограничивающую силу, обеспечиваемую совместным анализом современных образцов скоплений галактик и обзорами слабого линзирования. Удивительно, но в ближайшие годы эта область будет развиваться дальше, в том числе благодаря появлению следующих… программы слабого линзирования поколения, в том числе программа, проводимая новым космическим телескопом ЕКА «Евклид», — добавляет Шраббек.
Информация от: Боннским университетом
