Kozmik Evrim Araştırması (COSMOS) alanındaki gökada yoğunluğu, gökadaların kırmızıya kaymasını temsil eden, 0,2 (mavi) ila 1 (kırmızı) arasında değişen renkler. Pembe x-ışını konturları, XMM-Newton tarafından gözlemlendiği gibi uzatılmış x-ışını emisyonunu gösterir.
Karanlık madde (aslında soğuk, karanlık - baryonik olmayan madde) sadece yerçekimi etkisi ile tespit edilebilir. Kümeler ve gökada gruplarında bu etki, çivilenmesi zor olan zayıf yerçekimi merceği olarak ortaya çıkar. Yerçekimi merceklerinin derecesini çok daha doğru bir şekilde tahmin etmenin bir yolu - ve böylece karanlık maddenin dağılımı - kütle merkezini bulmak için sıcak küme içi plazmadan gelen x-ışını emisyonunu kullanmaktır.
Ve bu, bir gökbilimciler ekibinin son zamanlarda yaptıkları şeydi… ve ilk kez, bize karanlık maddenin son milyar yılda nasıl geliştiğine dair bir fikir verdiler.
COSMOS, kozmik zamanın (kırmızıya kayma) ve büyük ölçekli yapı ortamının bir fonksiyonu olarak galaksilerin oluşumunu ve evrimini araştırmak için tasarlanmış astronomik bir araştırmadır. Anket, büyük uzay tabanlı teleskopların (Hubble ve XMM-Newton dahil) ve birkaç yer tabanlı teleskopun görüntülendiği 2 kare derecelik bir ekvatoral alanı kapsamaktadır.
Karanlık maddenin doğasını anlamak, modern kozmolojideki anahtar açık sorulardan biridir. Bu soruyu ele almak için kullanılan yaklaşımlardan birinde gökbilimciler, sadece sıradan (“baryonik”) maddenin kütlesinin bir göstergesi olan x-ışını emisyonlarını bağlayan gökada kümeleri için bulunan kütle ve parlaklık arasındaki ilişkiyi kullanırlar ( tabii ki baryonik madde, lepton olan elektronları içerir!) ve kütleçekimsel merceklerle belirlenen toplam kütlelerini (baryonik artı karanlık madde) içerir.
Bu ilişki bugüne kadar sadece yakın kümeler için kurulmuştur. Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü (MPE), Marsilya Astrofizik Laboratuvarı (LAM) ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) dahil olmak üzere uluslararası bir işbirliğinin yeni çalışması, ilişkinin daha uzaklara genişletilmesi konusunda büyük ilerleme kaydetti. ve daha önce mümkün olandan daha küçük yapılar.
X-ışını emisyonu ve altta yatan karanlık madde arasındaki bağlantıyı kurmak için ekip, ESA'nın x-ışını gözlemevi XMM-Newton tarafından üretilen en büyük x-ışını seçilmiş grup örneklerinden ve gökada kümelerinden birini kullandı.
Gökada grupları ve kümeleri, ark-altı ölçeklerde genişletilmiş röntgen emisyonları kullanılarak etkili bir şekilde bulunabilir. Geniş etkili alanının bir sonucu olarak, XMM-Newton uzak gruplardan ve gökada kümelerinden gelen hafif emisyon seviyesini tespit edebilen tek x-ışını teleskopudur.
MPE'den Alexis Finoguenov ve ekibin bildirdiği son Astrophysical Journal (ApJ) gazetesinin ortak yazarı Maryland Üniversitesi, “XMM-Newton'un derin alanlarda büyük galaksi grupları katalogları sunması şaşırtıcı” dedi. Sonuçlar.
X-ışınları kümeleri bulmanın ve karakterize etmenin en iyi yolu olduğundan, takip çalışmalarının çoğu şimdiye kadar nispeten yakın gruplar ve gökada kümeleriyle sınırlı kalmıştır.
Berkeley Lab Fizik Bölümü'nden Alexie Leauthaud, “XMM-Newton tarafından sunulan benzeri görülmemiş kataloglar göz önüne alındığında, kütle ölçümlerini Evren tarihinde çok daha önce var olan çok daha küçük yapılara genişletebildik” diyor. ApJ çalışması.
Kütleçekimsel merceklenme, kütlenin etrafındaki alanı kıvrması, ışığın yolunu bükmesi nedeniyle oluşur: daha fazla kütle (ve kütle merkezine ne kadar yakınsa), daha fazla alan eğilir ve uzak bir nesnenin görüntüsü o kadar fazla yer değiştirir ve bozuk. Bu nedenle, distorsiyonu veya "kesmeyi" ölçmek, objektifleme nesnesinin kütlesini ölçmenin anahtarıdır.
Zayıf yerçekimi mercekleme durumunda (bu çalışmada kullanıldığı gibi) kesme doğrudan görülemeyecek kadar incedir, ancak uzak galaksilerin bir koleksiyonundaki zayıf ek bozulmalar istatistiksel olarak hesaplanabilir ve bazı masiflerin merceklenmesi nedeniyle ortalama kesme önlerindeki nesne hesaplanabilir. Bununla birlikte, lensin kütlesini ortalama makaslamadan hesaplamak için, merkezini bilmek gerekir.
Leauthaud, “Yüksek kırmızıya kayma kümeleriyle ilgili sorun, hangi galaksinin kümenin merkezinde olduğunu tam olarak belirlemenin zor olması” diyor. “X-ışınlarının yardımcı olduğu yer burası. Bir galaksi kümesinden gelen röntgen parlaklığı, merkezini çok doğru bulmak için kullanılabilir. ”
X-ışını emisyonunun analizinden alınan kütle merkezlerini bilen Leauthaud ve arkadaşları, uzak grupların ve kümelerin toplam kütlesini her zamankinden daha fazla doğrulukla tahmin etmek için zayıf lensler kullanabilirler.
Son adım, her bir galaksi kümesinin x-ışını parlaklığını belirlemek ve zayıf lenslemeden belirlenen kütleye göre çizmekti; bunun sonucunda, daha önceki kitleleri daha düşük kütlelere ve daha yükseğe genişleten yeni grup ve kümelerin toplanması için ortaya çıkan kütle-parlaklık ilişkisi kırmızıya kayma. Hesaplanabilir belirsizlik içinde, ilişki yakın gökada kümelerinden uzak olanlara doğru aynı eğimi izler; basit ve tutarlı bir ölçeklendirme faktörü, bir grubun veya kümenin toplam kütlesini (baryonik artı koyu) x-ışını parlaklığı ile ilişkilendirir;
“Kitle-parlaklık ilişkisini doğrulayarak ve yüksek kırmızıya kaymalara genişleterek, zayıf lenslemeyi yapının evrimini ölçmek için güçlü bir araç olarak kullanmaya doğru doğru yönde küçük bir adım attık” diyor Jean-Paul Kneib ve Fransa'nın Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nin (CNRS) ApJ belgesinin
Galaksilerin kökeni, sıcak, erken Evren'in yoğunluğundaki küçük farklılıklara kadar uzanabilir; Bu farklılıkların izleri hala kozmik mikrodalga arka planında (CMB) - sıcak ve soğuk noktalar - çok küçük sıcaklık farklılıkları olarak görülebilir.
Profesör Berkeley Kozmolojik Fizik Merkezi (BCCP) müdürü George Smoot, “Eski mikrodalga gökyüzünde gözlemlediğimiz varyasyonlar, bugün gördüğümüz galaksiler için kozmik karanlık madde iskelesine zamanla gelişen izleri temsil ediyor” diyor. Berkeley'deki California Üniversitesi'nde fizik ve Berkeley Lab'ın Fizik Bölümü üyesidir. Smoot, SPK'daki anizotropileri ölçmek için 2006 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı ve ApJ belgesinin yazarlarından biri. “Karanlık maddenin başlangıçtan bu yana nasıl çöktüğünü ve geliştiğini yerçekimi mercekleriyle ölçebilmemiz çok heyecan verici.”
Yapının evrimini incelemenin bir amacı, karanlık maddenin kendisini ve onun görebildiğimiz sıradan madde ile nasıl etkileşime girdiğini anlamaktır. Diğer bir amaç, maddeyi parçalayan ve Evrenin hızlanan bir oranda genişlemesine neden olan gizemli fenomen olan karanlık enerji hakkında daha fazla bilgi edinmek. Birçok soru cevapsız kalıyor: Karanlık enerji sabit mi yoksa dinamik mi? Yoksa sadece Einstein'ın Genel Görelilik Teorisindeki bir sınırlamadan kaynaklanan bir yanılsama mı?
Genişletilmiş kütle-parlaklık ilişkisi tarafından sağlanan araçlar, şimdi ve gelecekte Evreni şekillendirirken yerçekimi ve karanlık enerjinin karşıt rolleri hakkındaki bu soruları cevaplamak için çok şey yapacak.
Kaynaklar: ESA ve Astrophysical Journal'ın 20 Ocak 2010 sayısında yayınlanan bir makale (arXiv: 0910.5219 ön baskıdır)
