|
Корреляция между космическим сдвигом и рентгеновским фоном
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, впервые обнаруживает взаимную корреляцию между космическим сдвигом и диффузным рентгеновским фоном, помогая понять распределение барионной материи во Вселенной.
|
|
|
|
Составляющая около 5% Вселенной барионная материя, состоящая из протонов и нейтронов, играет решающую роль в создании космологических структур, таких как звезды, планеты и галактики. В ней содержится ценная информация для понимания крупномасштабных структур во Вселенной.
|
|
|
|
Гравитационное притяжение темной материи притягивает барионную материю в концентрированные области темной материи, называемые гало темной материи. Внутри этих гало барионная материя существует либо в концентрированной форме (например, в виде звезд и галактик), либо в рассеянной форме (например, в виде горячего газа).
|
|
|
|
Обнаружить барионную материю в обеих формах сложно из-за сложных взаимодействий рассеянного газа и эффектов темной материи.
|
|
|
|
Доктор Тассия Феррейра и ее коллеги из Оксфордского университета исследовали влияние физики барионов на космологические измерения в своем исследовании PRL. Для этого они сосредоточились на объединении данных из двух источников наблюдений.
|
|
|
Доктор Феррейра рассказал Phys.org о изучении природы барионной материи. "У меня всегда была страсть к изучению Вселенной с точки зрения наблюдений", - сказал доктор Феррейра.
|
|
|
|
"Большую часть своей исследовательской карьеры я работал с cosmic shear, и в Оксфорде я нашел специалистов по перекрестным корреляциям, использующим данные о слабом линзировании. Таким образом, имело смысл использовать перекрестные корреляции для объединения эффектов, которые интуитивно должны быть связаны, но еще не были обнаружены".
|
|
Распределение барионной материи
|
|
|
|
Для измерений космического сдвига, которые дают информацию о концентрации барионной материи, исследователи использовали данные, опубликованные в отчете Dark Energy Survey за 3-й год (DES Y3).
|
|
|
|
Эти данные содержат изображения и измерения галактик, скоплений галактик и других космических структур.
|
|
|
|
Гравитационное притяжение темной материи может привести к искажению формы галактик на заднем плане. Cosmic shear косвенно измеряет распределение темной материи, наблюдая, как она искажает форму галактик на заднем плане.
|
|
|
|
Это не дает прямого представления о барионной материи, но полезно для определения влияния на нее темной материи.
|
|
|
|
Барионная материя в горячем газе в ореолах темной материи нагревается под действием гравитационных сил, испуская рентгеновское излучение. Эти рентгеновские данные могут быть использованы для отслеживания распределения барионной материи в виде горячего газа.
|
|
|
|
Исследователи получили данные с помощью программы ROSAT All-Sky Survey (RASS). Эта съемка, проводившаяся спутником ROSAT в 1990 и 1991 годах, позволяет получить широкий рентгеновский обзор всего неба.
|
|
Масса, находящаяся на полпути к поверхности земли, составляет
|
|
|
|
Взаимосвязь двух наборов данных дает ряд преимуществ. Доктор Феррейра объяснил: "Рентгеновское излучение горячего газа в ореолах темной материи определяется температурой и плотностью газа".
|
|
|
|
"Эта зависимость делает ее идеальной для отслеживания распределения газа. Поскольку космический сдвиг наиболее чувствителен к неправильному моделированию барионных эффектов, взаимная корреляция предлагает последовательный способ устранения вырождений".
|
|
|
|
Кроме того, сигнал взаимной корреляции формируется за счет коллективного излучения всех крупномасштабных структур, что делает его менее чувствительным к ошибкам при моделировании отдельных объектов.
|
|
|
|
Используя гидродинамическую модель, разработанную на основе предыдущих исследований, исследователи смоделировали распределение массы и газа в гало. В этой модели учитываются холодная темная материя, газ, связанный гравитацией, выброшенный газ и звезды.
|
|
|
|
Доктор Феррейра сказал: "Согласно рентгеновским наблюдениям, доля связанного газа может быть параметризована с помощью доли космических барионов (количества барионов, связанного с общим содержанием вещества во Вселенной), общей массы гало, "средней массы" и наклона горячей линии. -подавление газообразования в направлении малых масс ореола."
|
|
|
|
"Рентгеновские наблюдения идеально подходят для определения этого количества, поскольку они позволяют проследить связанный газ".
|
|
|
|
Половина массы гало из темной материи - это то место, откуда была удалена половина газа, который первоначально находился в гало. Это значение измеряет степень потери газа, связанную с такими процессами, как звездообразование или черная дыра.
|
|
|
|
Ограничение в половину массы, установленное в исследовании, является важным вкладом в понимание того, как космические структуры теряют газ с течением времени и как эта потеря влияет на структуру Вселенной.
|
|
Высокая значимость и будущая работа
|
|
|
|
Взаимная корреляция наборов данных выявила значительную корреляцию между космическим сдвигом и диффузным рентгеновским фоном.
|
|
|
|
Значение 23 сигма указывает на то, что эта корреляция является статистически значимой, что свидетельствует о сильной взаимосвязи между двумя наборами данных. Этот результат не оставляет сомнений в достоверности их выводов.
|
|
|
|
Исследователи подсчитали, что средняя масса ореолов темной материи составляет около 115 триллионов масс Солнца.
|
|
|
|
В дополнение к средней массе, исследователи также смогли ограничить политропный индекс, который измеряет взаимосвязь между температурой и плотностью горячего газа в ореолах темной материи.
|
|
|
|
Расчетное значение политропного индекса показало хорошее соответствие с предыдущими исследованиями. Новые ограничения более жесткие и точные по сравнению с более ранними данными о космическом сдвиге и рентгеновских снимках.
|
|
|
|
В дополнение к более четкому представлению о распределении вещества во Вселенной, исследование также предоставляет новый метод оценки теорий, связанных с темной материей и темной энергией.
|
|
|
|
Доктор Феррейра сказал: "Разработанная процедура является отправной точкой для более тщательного анализа с использованием взаимных корреляций между космическим сдвигом и картами диффузного рентгеновского фона. Это особенно актуально для будущих исследований со слабыми линзами, таких как обсерватория Веры Рубин и Euclid, а также для текущих рентгеновских миссий, таких как eROSITA, которые направлены на получение более точных космологических данных на основе крупномасштабных структурных данных".
|
|
|
|
Заглядывая вперед, доктор Феррейра видит множество возможностей для развития своих открытий, в частности, для проверки теоретической модели, прежде чем разработанная методология может быть использована в космологическом анализе.
|
|
|
|
"Кроме того, остаточное вырождение между космологическими и гидродинамическими параметрами может быть устранено путем включения взаимной корреляции с комптоновскими картами Сюняева-Зельдовича, учитывая их дополнительную чувствительность к плотности газа и температуре", - заключила она.
|
|
|
|
Источник
|
