Forskere vejer stofbalancen i galaksehobe

En metode til at veje mængderne af stof i galaksehobe - de største objekter i vores univers - har vist en balance mellem mængderne af varm gas, stjerner og andre materialer.

Resultaterne er de første til at bruge observationsdata til at måle denne balance, som blev teoretiseret for 20 år siden, og vil give ny indsigt i forholdet mellem almindeligt stof, der udsender lyst og mørkt stof, og om hvordan vores univers udvider sig.

Galaksehobe er de største objekter i universet, hver sammensat af omkring 1, 000 massive galakser. De indeholder store mængder mørkt stof, sammen med varm gas og køligere "almindeligt stof, "såsom stjerner og køligere gas.

I en ny undersøgelse, udgivet i Naturkommunikation , et internationalt hold ledet af astrofysikere fra University of Michigan i USA og University of Birmingham i Storbritannien brugte data fra Local Cluster Substructure Survey (LoCuSS) til at måle forbindelserne mellem de tre hovedmassekomponenter, der udgør galaksehobe – mørkt stof , varm gas, og stjerner.

Medlemmer af forskerholdet havde brugt 12 år på at indsamle data, som spænder over en faktor på 10 millioner i bølgelængde, ved hjælp af Chandra og XMM-Newton satellitterne, ROSAT All-sky undersøgelsen, Subaru teleskop, Det Forenede Kongerige Infrarøde Teleskop (UKIRT), Mayall Teleskop, Sunyaev Zeldovich Array, og Planck-satellitten. Ved at bruge sofistikerede statistiske modeller og algoritmer bygget af Dr. Arya Farahi under hans ph.d.-studier ved University of Michigan var holdet i stand til at konkludere, at summen af ​​gas og stjerner på tværs af de klynger, de undersøgte, er en næsten fast brøkdel af massen af ​​mørkt stof. . Det betyder, at når stjerner dannes, mængden af ​​tilgængelig varm gas vil falde proportionalt

"Dette validerer forudsigelserne fra den fremherskende teori om koldt mørkt stof. Alt stemmer overens med vores nuværende forståelse af universet, " sagde Dr. Farahi, i øjeblikket en McWilliams Postdoc Fellow i Institut for Fysik ved Carnegie Mellon University.

Dr. Graham Smith fra School of Physics and Astronomy ved University of Birmingham og hovedforsker af LoCuSS, siger:"En vis mængde materiale i universet kollapser og danner galaksehobe.

"Men når de først er dannet, disse klynger er 'lukkede kasser'. Den varme gas har enten dannet stjerner, eller stadig forbliver som gas, men den samlede mængde forbliver konstant."

"Denne forskning er drevet af mere end ti års teleskopinvesteringer, " tilføjer professor August E. Evrard, fra University of Michigan. "Ved at bruge disse data af høj kvalitet, vi var i stand til at karakterisere 41 nærliggende galaksehobe og finde et særligt forhold, specifikt anti-korreleret adfærd mellem massen i stjerner og massen i varm gas. Dette er vigtigt, fordi disse to målinger tilsammen giver os den bedste indikation af den samlede systemmasse."

Resultaterne vil være afgørende for astronomernes bestræbelser på at måle universets egenskaber som helhed. Ved at opnå en bedre forståelse af den indre fysik af galaksehobe, forskere vil bedre kunne forstå mørk energis adfærd og processerne bag universets udvidelse.

"Galaksehobe er i sig selv fascinerende, men på mange måder stadig mystiske genstande, " tilføjer Dr. Smith. "At fjerne den komplekse astrofysik, der styrer disse objekter, vil åbne mange døre til en bredere forståelse af universet. I det væsentlige, hvis vi vil være i stand til at påstå, at vi forstår, hvordan universet fungerer, vi er nødt til at forstå galaksehobe."

Data af den art, som holdet har studeret, vil vokse med adskillige størrelsesordener i løbet af de kommende årtier takket være næste generations teleskoper såsom Large Synoptic Survey Telescope (LSST), som i øjeblikket er under konstruktion i Chile, og e-ROSITA, en ny røntgensatellit. Begge vil begynde observationer i begyndelsen af ​​2020'erne.

"Disse målinger lægger et grundlag for præcis videnskab med klynger af galakser, " siger professor Alexis Finoguenov, et medlem af teamet baseret på Helsinki Universitet.