Uzak Galaksilerin Çevresinde Haritalanan Karanlık Madde

&mermi; Fizik 15, 117

Kozmik mikrodalga arka planının kütleçekimsel merceklenmesi, Evrendeki en eski galaksilerin bazıları etrafındaki karanlık maddenin dağılımını araştırmak için kullanıldı.

Şekil 1: Uzak bir gökada ve onu çevreleyen karanlık madde halesi (mavi), kozmik mikrodalga arka plandan gelen ışık ışınlarını (beyaz oklar) kütleçekimsel mercekleme yoluyla bükebilir. Miyatake ve meslektaşları, karanlık maddenin galaksiler etrafındaki dağılımını belirlemek için Planck uydusu tarafından bu mercekleme ölçümlerini ve Dünya’daki Subaru teleskobu tarafından bu tür uzak galaksilerden gelen optik dalga boyundaki ışığın (turuncu ok) ölçümlerini kullandılar.Uzak bir gökada ve onu çevreleyen karanlık madde halesi (mavi), kozmik mikrodalga arka plandan gelen ışık ışınlarını (beyaz oklar) kütleçekimsel mercekleme yoluyla bükebilir. Miyatake ve meslektaşları, Planck uydusu tarafından bu merceklemenin ölçümlerini kullandılar ve… Daha fazla göster

Galaksilerin özelliklerini araştırmak, Evrendeki baskın kütle ve enerji biçimlerinin hala bilinmeyen doğasını ortaya çıkarmak için esastır: karanlık madde ve karanlık enerji. Karanlık madde, galaksileri çevreleyen “haleler”de bulunur ve bu görünmez maddenin evrimi hakkında bilgi, galaksileri geniş bir kozmik zaman aralığında inceleyerek elde edilebilir. Ancak uzak gökadaları (yüksek kırmızıya kaymalarda olanlar) gözlemlemek, gökbilimciler için bir zorluk teşkil ediyor çünkü bu nesneler çok loş görünüyor. Neyse ki, bu tür galaksilerin etrafındaki karanlık maddeyi araştırmak için başka bir yol daha var: Kütleçekimsel mercekleme yoluyla kozmik mikrodalga arka plan (CMB) sıcaklık dalgalanmaları paterni üzerinde bıraktığı iz aracılığıyla (Şek. 1). Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden Hironao Miyatake ve meslektaşları, uzak galaksilerin etrafındaki karanlık maddeyi yaklaşık 4 kırmızıya kayma ile haritalamak için galaksilerin uzaydaki dağılımı hakkındaki bilgilerle birlikte bu tür merceklerin ölçümlerini kullandılar. [1]. Bu kadar yüksek bir kırmızıya kaymada galaksileri kullanan ilk kozmolojik analizi rapor ediyorlar.

Planck uydusu tarafından gözlemlenen SPK dalgalanmalarının incelenmesi, Evrenin özelliklerinin dikkate değer bir hassasiyetle sınırlandırılmasını sağlamıştır. [2]. CMB fotonları yayılmaya başladığından, yaklaşık 13,5 milyar yıl önce, galaksiler oluşurken ve daha büyük yapılar halinde birleşirken Evren genişledi. Son birkaç milyar yılda, karanlık enerji genişlemenin hızlanmasına neden oldu. SPK ölçümlerinin belirlediği kısıtlamaları dikkate alarak, erken Evrenin fiziğini tanımlayan kozmolojik modeller, maddenin zaman içinde nasıl geliştiğini tahmin eder. Bu nedenle, gökbilimciler, Evrenin son zamanlardaki büyük ölçekli yapısını gözlemleyebilir ve verilerin modelleri ne kadar iyi desteklediğini görebilirler. Bu büyük ölçekli yapı, genellikle ön plandaki gökadalar tarafından arka plan gökadaları üzerindeki kütleçekimsel mercek etkisi ölçülerek veya gökada-gökada kümelenmesi (gökyüzü göreli olarak belirli bir ayrımda bir gökada çifti bulma olasılığının aşırı olasılığının bir ölçüsü) dikkate alınarak incelenir. rastgele bir dağılıma.

Gökbilimciler, kozmolojiyi sınırlamak için bu gözlemleri kullanırken çok ilginç bir şey buldular: Büyük ölçekli yapı verilerine dayanan sonuçlar, maddenin Planck uydusundan alınan CMB verilerinin gösterdiği kadar bir araya toplanmadığını gösteriyor. [35]. Topaklanma derecesi parametre ile ölçülür

𝜎8

, kabaca yoğunluk dalgalanmalarının genliğidir. değerlerinin farklı olup olmadığı açık değildir.

𝜎8

iki tür veriden türetilen, bilinmeyen sistematik etkileri veya fiziksel mekanizmaları yansıtır. Ancak kozmik tarihin farklı dönemlerinde madde dağılımını belirlemek bir ipucu sağlayabilir. Ayrıca, farklı gözlemlenebilirleri birleştirmenin, kozmik yapıların büyümesini araştırmada oldukça etkili olduğu gösterilmiştir. [3, 6, 7]. Özellikle, CMB ışığının kütleçekimsel merceklenmesinden gelen sinyal, bu mercekleme etkisinin en güçlü olduğu ve arka plan gökadalarının bulunmasının zor olduğu 1’den yüksek kırmızıya kaymalarda Evrenin büyük ölçekli yapısını incelemek için özellikle uygundur.

Miyatake ve meslektaşları, Planck verilerini kullanarak, CMB mercekleme haritasında yüksek kırmızıya kaymalı gökadaların bıraktığı izleri araştırdılar. Ekip, Hyper Suprime-Cam Subaru Stratejik Program araştırmasında tanımlanan, Lyman-break galaksiler (LBG’ler) olarak bilinen yaklaşık 1,5 milyon yüksek kırmızıya kaymalı galaksi tarafından üretilen net bir mercekleme sinyali buldu. Araştırmacılar, bu mercekleme sinyalini, karanlık madde halesinin ortalama kütlesi gibi parametrelere bağlı olan, galaksiler etrafındaki karanlık madde dağılımı modeliyle karşılaştırdılar. Bunu yaparak, bu LBG’lerin etrafındaki tipik karanlık madde bolluğu ile tutarlı olan ortalama halo kütlesi üzerinde bir kısıtlama belirlediler.

Miyatake ve meslektaşları ayrıca CMB merceklenmesinin ve LBG’lerin konumlarının çapraz bağlantılı sinyalini bu nesnelerin galaksi-galaksi kümelenmesiyle birleştirdi. Bu kombinasyon, maddenin evrende yayılma ve bir araya toplanma derecesini sınırlar.

𝜎8

parametre. Takım için bir değer elde etti

𝜎8

Bu, yalnızca Planck verilerinin gösterdiğinden daha düşüktür ve yaklaşık 4’lük bir kırmızıya kaymada LBG’leri kullanarak bu parametre üzerindeki ilk kısıtlamayı temsil eder. Ayrıca, araştırmacılar bu analizi farklı karanlık enerji modellerini test etmek ve aydınlık ve karanlık maddenin bu LBG’lerin toplam kütlesine katkıları.

Birkaç önemli sistematik hata kaynağı bu tahminleri saptırabilir. Bu tür kaynaklar, tahmini LBG kırmızıya kaymalarındaki belirsizlikleri ve arka plan gökadalarından ve tozlu yıldız oluşturan gökadaların yaydığı kozmik kızılötesi arka plandan gelen kızılötesi radyasyondan gelen CMB mercekleme sinyalinin kirlenmesini içerir. Ekip, bu hataların etkisini tahmin etmek için birkaç test yaptı ve herhangi bir yanlılığa neden olduğuna dair bir kanıt bulamadı.

Miyatake ve meslektaşlarının çalışmaları çok alakalı bir mesaj veriyor: Evren sadece bir milyar yaşında veya daha gençken kozmik yapıların büyümesini araştırmak mümkün. Bu mesaj zamanında geldi çünkü astronomlar yeni nesil SPK’ya ve büyük ölçekli yapı araştırmalarına geçiyorlar. Şili’deki Simons Gözlemevi ve Şili’deki ve Güney Kutbu’ndaki CMB-S4’ünkiler de dahil olmak üzere yüksek çözünürlüklü CMB deneyleri, yakında çok frekanslı gözlemler gerçekleştirecek ve CMB mercekleme haritasının benzeri görülmemiş bir hassasiyetle yeniden oluşturulmasına izin verecektir. Bu arada, yine Şili’de bulunan Vera C. Rubin Gözlemevi ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu tarafından yapılan gökada araştırmaları, olağanüstü LBG ölçümleri sağlayacaktır. Miyatake ve meslektaşlarının çalışmasıyla aynı doğrultuda yapılan analiz, gökbilimcilerin Evrenin hala belirsiz bir çağında kozmik büyümeyi keşfetmelerine olanak sağlayacaktır. Potansiyel olarak Evrenin gizemli karanlık sektörüne güçlü kısıtlamalar getirecek ve kaynağın deşifre edilmesine yardımcı olacaktır.

𝜎8

tansiyon.

Referanslar

  1. H. Miyatake et al.1.5 milyon galaksi tarafından üretilen bir SPK mercekleme sinyalinin ilk tanımlaması
    z4

    : Yüksek kırmızıya kaymada madde yoğunluğu dalgalanmaları üzerindeki kısıtlamalar,” Fizik Rev. Lett. 129061301 (2022).

  2. N. Aghanim et al., “Planck 2018 sonuçları—I. Genel bakış ve Planck’ın kozmolojik mirası” Astron. Astrofiler. 641A1 (2020).
  3. C. Heymanlar et al.“KiDS-1000 Cosmology: Çoklu problu zayıf kütleçekimsel merceklenme ve spektroskopik galaksi kümeleme kısıtlamaları” Astron. Astrofiler. 646A140 (2021).
  4. T.Tröster et al.“Büyük ölçekli yapıdan kozmoloji—BOSS ile ΛCDM’yi Sınırlama” Astron. Astrofiler. 633L10 (2020).
  5. T. MC Abbott et al.“Karanlık Enerji Araştırması Yıl 3 sonuçları: Gökada kümelenmesinden ve zayıf merceklenmeden kaynaklanan kozmolojik kısıtlamalar” Fizik Rev. D 105023520 (2022).
  6. T. Giannantonio et al.“DES Science Verification galaksileriyle SPK lensli tomografi” Pzt. Değil. R. Astron. Soc. 4563213 (2016).
  7. C. Garcia-García et al.“Son dönemde yoğunluk bozulmalarının büyümesi

    tomografik büyük ölçekli yapı verilerinden 10 milyar yıl” J. Cosmol. Astropart. Fizik 10030 (2021).

Yazarlar Hakkında

Gabriela Marques'in resmi

Gabriela Marques Florida Eyalet Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacıdır ve Eylül 2022’de Illinois, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’na (Fermilab) katılacak. Doktora derecesini aldı. 2019’da Brezilya Ulusal Gözlemevi’nden astronomi alanında.

Kevin Huffenberger'in resmi

Kevin Huffenberger Florida Eyalet Üniversitesi’nde fizik alanında doçenttir ve CMB veri işleme ve analizinin birçok alanında önemli deneyime sahiptir. CMB-S4 İşbirliğinin eş sözcüsüdür. Aynı zamanda Atacama Kozmoloji Teleskobu ve Simons Gözlemevi işbirliklerinin bir üyesidir.


PDF’yi oku

Konu Alanları

İlgili Makaleler

Gerçekçi Bir Evrende Kuantum Yerçekimine Doğru Adımlar
Kadim Nötrinoları Tespit Etmeye Bir Adım Daha Yakın
Parçacıklar ve Alanlar

Kadim Nötrinoları Tespit Etmeye Bir Adım Daha Yakın

Bilim adamları, radyoaktif trityum kullanarak, kozmik kalıntı nötrinoların aşırı yoğunluk sinyali üzerindeki laboratuvar kısıtlamalarını 100 kat artırır; bu, bu zor parçacığı tespit etme şansını artırması gereken bir ilerlemedir. Devamını oku “

Hızlı Radyo Patlamalarına Bağlı X-Ray Havai Fişekleri

Diğer Makaleler

Leave a Reply

Your email address will not be published.