Исследовательская группа под руководством физиков из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета провела подробные измерения рентгеновского излучения скоплений галактик. В итоге, физики выявили распределение материи внутри них. Новые данные помогли ученым проверить господствующую теорию строения и эволюции Вселенной, известную как Lambda-CDM.
Основная модель Вселенной
Lambda-CDM (ΛCDM, модель Лямбда-CDM) — современная стандартная космологическая модель. В ней пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, темной энергией и холодной темной материей (cold dark matter). Согласно этой модели, для согласования с наблюдениями возраст Вселенной должен быть принят равным 13,799 ± 0,021 млрд лет.
Главная проблема наблюдений
Вывод о распределении масс скоплений галактик по их рентгеновскому излучению наиболее надежен, когда энергия газа внутри скоплений уравновешивается гравитационным притяжением, которое удерживает всю систему вместе. Поэтому измерения массовых распределений в реальных скоплениях сосредоточены на тех, которые перешли в «расслабленное» состояние. При сравнении с теоретическими предсказаниями важно учитывать этот выбор релаксирующих кластеров.
Решение ученых
Физики из Стэнфордского университета исследовали смоделированные компьютером кластеры, созданные в рамках The Three Hundred Project.
В рамках The Three Hundred Project ученые изучают 324 крупных скоплений галактик, смоделированных с помощью различных полнофизических гидродинамических повторных симуляций и полуаналитических моделей. Его цель — предоставить большой каталог теоретически смоделированных скоплений галактик для космологических и астрофизических приложений.
Авторы и права: НАСА/ЕКА/STScI
Ученые они рассчитали, как должно выглядеть рентгеновское излучение для каждого смоделированного скопления. Затем они применили те же критерии наблюдения, которые использовали для идентификации «расслабленных» галактических скоплений из реальных данных. Их соотнесли со смоделированным изображениями, чтобы отсеять набор.
Затем исследователи измерили взаимосвязь между тремя свойствами скоплений — его массой, ее степенью концентрации в центре и их красным смещением, которое отражает возраст Вселенной. Ученые использовали данные о смоделированных скоплениях в рамках Three Hundred Project, скоплений и 44 реальных кластера, наблюдаемых с помощью рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра».
Что выяснили физики?
Физики обнаружили согласованные результаты из обоих наборов данных. В целом, кластеры со временем стали более централизованно сконцентрированы. При этом, масса менее массивных кластеров оказалась более сосредоточены в центре, чем у менее массивных объектов. Выяснилось, что измеренные отношения очень хорошо согласуются между наблюдениями и теорией. Это, в итоге, «обеспечило сильную поддержку парадигмы Lambda-CDM», пишут ученые.
Что дальше?
В будущем ученые надеются, что у них получится расширить размер как наблюдаемых, так и смоделированных наборов данных о скоплениях галактик. Поддерживаемые SLAC проекты, которые реализуют в ближайшие несколько лет, в том числе Legacy Survey of Space and Time обсерватории Веры Рубин и эксперимент четвертого поколения с космическим микроволновым фоном (CMB-S4), помогут идентифицировать гораздо большее количество скоплений галактик. Кроме того, запланировано несколько космических миссий, которые помогут физикам. Например, запуск спутника ATHENA Европейского космического агентства. Используя новейшие данные ученые в будущем проведут больше измерений в рентгеновском диапазоне.
Космологи SLAC также работают над увеличением размера и точности компьютерного моделирования космоса, что позволит более подробно изучать скопления галактик и установить строгие ограничения на альтернативные космологические сценарии.
Читать далее:
Оказалось, фотосинтез работает не так, как считали ученые. Теперь его хотят «взломать»
Далекая радиогалактика оказалась черной дырой, которая направлена прямо на Землю
Найден способ снижения веса и сахара в крови. Ученые обещают эффект как при операции
На обложке: тайм-лайн Вселенной
Автор: Design Alex Mittelmann, Coldcreation