eROSITA røntgen-himmelmålinger viser overensstemmelse med den kosmiske mikrobølgebaggrund
Analysen af, hvordan galaksehobe, de største objekter i universet, udvikler sig over kosmisk tid, har givet præcise målinger af det samlede stofindhold og dets klumphed, rapporterer forskere fra det tyske eROSITA-konsortium, ledet af Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics og med deltagelse af universitetet i Bonn.
Resultaterne bekræfter den standard kosmologiske model og lindrer den såkaldte S8-spænding, samtidig med at de giver indsigt i de undvigende neutrinoers masse. Analysen er baseret på et af de største kataloger over galaksehobe og superhobe. En vigtig søjle i analysen er "vejningen" af de opdagede galaksehobe, som universitetet i Bonn var en stor bidragyder til.
eROSITA er et røntgenrumteleskop ombord på Spectrum-RG-satellitten, der blev opsendt i juli 2019. For to uger siden offentliggjorde det tyske eROSITA-konsortium sine data fra den første all-sky undersøgelse. Undersøgelsens primære mål er bedre at forstå kosmologi via måling af væksten over kosmisk tid af galaksehobe, nogle af de største strukturer i universet.
Sporing af udviklingen af klynger via røntgenstråler udsendt af varm gas som detekteret af eROSITA kombineret med robuste massemålinger af disse klynger gennem svag gravitationslinser, præcise og nøjagtige målinger af både den samlede mængde stoftæthed i universet og dets klumphed har blevet lavet. Mens tidligere klumphedsmålinger ved hjælp af forskellige teknikker, specifikt den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB) og den såkaldte Cosmic Shear, virkede inkonsistente med hinanden, viser eROSITA-målingerne nu overensstemmelse med CMB.
"eROSITA har nu etableret måling af klyngeevolution som et værktøj til præcisionskosmologi," sagde Dr. Esra Bulbul (MPE), den ledende videnskabsmand for eROSITAs klynger og kosmologiteam, som leverede de banebrydende resultater. "De kosmologiske parametre, som vi måler fra galaksehobe, er i overensstemmelse med state-of-the-art CMB, der viser, at den samme kosmologiske model gælder fra kort efter Big Bang til i dag."
Ifølge den standard kosmologiske model, kaldet Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) modellen, var spædbarnsuniverset et ekstremt varmt, tæt hav af fotoner og partikler. I løbet af kosmisk tid voksede små tæthedsvariationer til de store galakser og galaksehobe, vi kan se i dag. eROSITA-klyngeobservationerne viser, at stof af alle slags (synligt og mørkt) udgør 29 % af universets samlede masse-/energibudget, i fremragende overensstemmelse med værdierne opnået fra målinger af CMB, som blev udsendt, da universet først blev til. gennemsigtig.
Udover at måle den samlede stoftæthed i universet, har eROSITA også målt klumpheden af stoffordelingen, beskrevet via den såkaldte S8-parameter. En vigtig udvikling inden for kosmologi i de senere år har været den såkaldte "S8-spænding". Denne spænding opstår, fordi CMB-eksperimenter måler en højere S8-værdi end f.eks. Cosmic Shear-undersøgelser.
Ny fysik er underforstået, medmindre denne spænding kan løses, og eROSITA har gjort netop det. "eROSITA fortæller os, at universet opførte sig som forventet gennem den kosmiske historie," siger Dr. Vittorio Ghirardini, den postdoktorale forsker ved MPE, der ledede det kosmologiske studie, der blev sendt til arXiv preprint server. "Der er ingen spænding med CMB - måske kan kosmologerne slappe lidt af nu."
De største objekter i universet bærer også information om de mindste partikler:neutrinoer. Disse lette partikler er næsten umulige at opdage. Fra overfloden af de største mørkt stof-haloer i universet har eROSITA-teamet opnået stramme begrænsninger på massen af de letteste kendte partikler. eROSITA-klyngeresultaterne giver den strammeste kombinerede neutrinomassemåling til dato fra enhver observationel kosmologisonde.
En vigtig komponent i analysen er svage gravitationslinsemålinger. Denne effekt beskriver sammenhængende forvrængninger, der er indprentet på de observerede former af fjerne galakser, når deres lysstråler passerer gennem tyngdefeltet i forgrundsstrukturer. Mens Cosmic Shear-studier undersøger effekten i tilfældige retninger, kan den også måles i nærheden af galaksehobe for at estimere deres masser.
eROSITA-teamet har udført sådanne målinger, der inkorporerer data fra tre aktuelle svage gravitationslinseundersøgelser, Dark Energy Survey (DES), Hyper Suprime Cam Survey (HSC) og Kilo-Degree Survey (KiDS). Disse målinger kalibrerer forholdet mellem eROSITA røntgensignalet og klyngemassen og muliggør derved sammenligning med kosmologiske modelforudsigelser.
"Jeg er stolt af det svage linsehold, der gjorde et fremragende stykke arbejde med at levere analysen fra alle tre førende svage linseundersøgelser til eROSITA-klyngemassekalibreringen, som muliggjorde disse kosmologiske begrænsninger; noget, der aldrig er blevet opnået før," siger Prof. Dr. Thomas Reiprich fra Argelander Institute for Astronomy (AIfA) ved universitetet i Bonn, som ledede arbejdspakken for kalibrering af svag linsemasse inden for eROSITA-klynge- og kosmologiteamet fra 2019 til slutningen af 2023.
Han er også medlem af det transdisciplinære forskningsområde (TRA) "Matter" ved universitetet i Bonn. Analysen af "KiDS"-undersøgelsen med svag linse og også den detaljerede sammenligning mellem alle tre undersøgelser præsenteres i dag i et papir, også udgivet som et fortryk på arXiv og ledet af Florian Kleinebreil, ph.d. studerende i gruppen af Prof. Dr. Tim Schrabback.
En stor del af dette arbejde blev udført på AIfA, indtil begge flyttede til universitetet i Innsbruck i efteråret 2022. "Vi fandt ud af, at de tre linseundersøgelser giver konsistente massebegrænsninger for eROSITA-klyngerne, hvilket giver en vigtig konsistenstest for den overordnede analyse," forklarer Kleinebreil.
"Den færdiggjorte analyse demonstrerer den enestående kosmologiske begrænsningskraft, der leveres af kombinerede analyser af state-of-the-art galaksehobeprøver og undersøgelser med svag linse. Spændende nok vil dette felt udvikle sig yderligere i de kommende år, også takket være ankomsten af næste- generations svage linseprogrammer, inklusive det, der udføres af ESA's nye rumteleskop Euclid," tilføjer Schrabback.
Flere oplysninger: V. Ghirardini et al., SRG/eROSITA All-Sky Survey:Cosmology Constraints from Cluster Abundances in the Western Galactic Hemisphere, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08458
Florian Kleinebreil et al., The SRG/eROSITA All-Sky Survey:Weak-Lensing of eRASS1 Galaxy Clusters in KiDS-1000 and Consistency Checks with DES Y3 &HSC-Y3, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08456
Journaloplysninger: arXiv
Leveret af University of Bonn
Varme artikler
-
Nyopdagede hurtige radioudbrud udfordrer, hvad astronomer ved om disse magtfulde astronomiske fænom…Toppen af dette diagram viser seks spidser i radiobølgelysstyrke, der er seks udbrud fra FRB190520. Den nederste halvdel viser frekvensområdet for hver enkelt burst. Kredit:Niu, CH., Aggarwal, K., L -
Løsning af jet/cocoon-gåden om en gravitationsbølgebegivenhedKunstnerens indtryk af den materialestråle, der blev opsendt efter sammenlægningen af de to neutronstjerner. Kredit:© Katharina Immer (JIVE) Et internationalt forskerhold med astronomer fra Max -
Astronomer bygger et rumteleskop for at udforske nærliggende stjernerSPARCS-rumteleskopet er CubeSat, der vil blive bygget på ASU ud af seks kubiske moduler, hver omkring fire tommer på en side. Planen er, at studerende skal involveres i design og konstruktion af rumfa -
Spiralarme i en ung tilvækstskive omkring en babystjerneKredit:CC0 Public Domain Et internationalt forskerhold, ledet af Chin-Fei Lee ved Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA, Taiwan), har opdaget et par spiralarme i en tilvæk
- Californien bekæmper den største brand nogensinde, da otte døde i det vestlige USA
- En Soyuz-kapsel med 3 mandskab fra den internationale rumstation lander sikkert i Kasakhstan
- Ostfremstilling afhænger af mælkeproteiner for at danne struktur
- Georgiens guvernør nedlægger veto mod cyberkriminalitetslovgivningen
- Kinas etbarnsgeneration er trods alt ikke så egoistisk
- Planetforskere fortsætter med at pusle over de mystiske skråningsstriber på Mars. Hvad forårsage…