Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

eROSITA röntgenonderzoeksmetingen aan de hemel laten consistentie zien met de kosmische microgolfachtergrond

Optische beelden die sterrenstelsels tonen in de richting van vier clusters van sterrenstelsels op verschillende afstanden. De röntgenstraling van heet gas in de clusters is blauw weergegeven. Krediet:M. Kluge, C. Garrel, S. Grandis; optisch beeld:Legacy Survey DR10, röntgenfoto:eROSITA

De analyse van hoe clusters van sterrenstelsels, de grootste objecten in het universum, in de kosmische tijd evolueren, heeft nauwkeurige metingen opgeleverd van het totale materiegehalte en de klonterigheid ervan, melden wetenschappers van het Duitse eROSITA-consortium, geleid door het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica en met deelname van de Universiteit van Bonn.



De resultaten bevestigen het standaard kosmologische model en verlichten de zogenaamde S8-spanning, terwijl ze tegelijkertijd inzicht bieden in de massa van de ongrijpbare neutrino's. De analyse is gebaseerd op een van de grootste catalogi van clusters en superclusters van sterrenstelsels. Een belangrijke pijler in de analyse is het ‘wegen’ van de ontdekte clusters van sterrenstelsels, waaraan de Universiteit van Bonn een belangrijke bijdrage leverde.

eROSITA is een röntgenruimtetelescoop aan boord van de Spectrum-RG-satelliet, gelanceerd in juli 2019. Twee weken geleden heeft het Duitse eROSITA-consortium zijn gegevens vrijgegeven van de eerste all-sky survey. Het primaire doel van het onderzoek is om de kosmologie beter te begrijpen via het meten van de groei in de kosmische tijd van clusters van sterrenstelsels, enkele van de grootste structuren in het universum.

Door de evolutie van clusters te volgen via de röntgenstraling uitgezonden door heet gas zoals gedetecteerd door eROSITA, gecombineerd met robuuste massametingen van deze clusters door middel van zwakke zwaartekrachtlenzen, zijn nauwkeurige en nauwkeurige metingen van zowel de totale hoeveelheid materiedichtheid in het universum als de klonterigheid ervan mogelijk geworden. is gemaakt. Terwijl eerdere metingen van klonterigheid met behulp van verschillende technieken, met name de kosmische microgolfachtergrond (CMB) en de zogenaamde Cosmic Shear inconsistent leken met elkaar, laten de eROSITA-metingen nu consistentie zien met de CMB.

"eROSITA heeft nu de meting van clusterevolutie ingevoerd als een hulpmiddel voor precisiekosmologie", zegt Dr. Esra Bulbul (MPE), de hoofdwetenschapper van het clusters- en kosmologieteam van eROSITA, die de baanbrekende resultaten heeft opgeleverd. "De kosmologische parameters die we meten aan clusters van sterrenstelsels komen overeen met de modernste CMB, waaruit blijkt dat hetzelfde kosmologische model geldt van kort na de oerknal tot vandaag."

Hetzelfde als hierboven, maar toont alleen de sterrenstelsels die zich naar verwachting in de respectievelijke clusters zullen bevinden (en niet op de voor- of achtergrond). Krediet:M. Kluge, C. Garrel, S. Grandis; optisch beeld:Legacy Survey DR10, röntgenfoto:eROSITA

Volgens het standaard kosmologische model, het Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM)-model genoemd, was het jonge universum een ​​extreem hete, dichte zee van fotonen en deeltjes. In de loop van de kosmische tijd groeiden kleine dichtheidsvariaties uit tot de grote sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels die we vandaag de dag kunnen zien. De eROSITA-clusterwaarnemingen laten zien dat materie van alle soorten (zichtbaar en donker) 29% van het totale massa-/energiebudget van het universum uitmaakt, in uitstekende overeenstemming met de waarden verkregen uit metingen van de CMB, die werd uitgestoten toen het universum voor het eerst werd gevormd. transparant.

Naast het meten van de totale materiedichtheid in het heelal heeft eROSITA ook de klonterigheid van de materieverdeling gemeten, beschreven via de zogenaamde S8-parameter. Een belangrijke ontwikkeling in de kosmologie van de afgelopen jaren is de zogenaamde ‘S8-spanning’. Deze spanning ontstaat omdat CMB-experimenten een hogere S8-waarde meten dan bijvoorbeeld Cosmic Shear-onderzoeken.

Er wordt nieuwe natuurkunde geïmpliceerd, tenzij deze spanning kan worden opgelost, en eROSITA heeft precies dat gedaan. "eROSITA vertelt ons dat het universum zich gedurende de hele kosmische geschiedenis heeft gedragen zoals verwacht", zegt dr. Vittorio Ghirardini, de postdoctoraal onderzoeker bij MPE die leiding gaf aan het kosmologische onderzoek dat op de arXiv werd geplaatst. preprint-server. "Er is geen spanning met de CMB – misschien kunnen de kosmologen nu wat ontspannen."

De grootste objecten in het heelal bevatten ook informatie over de kleinste deeltjes:neutrino's. Deze lichtgewicht deeltjes zijn vrijwel onmogelijk te detecteren. Uit de overvloed aan de grootste halo's van donkere materie in het universum heeft het eROSITA-team strenge beperkingen verkregen voor de massa van de lichtste bekende deeltjes. De resultaten van de eROSITA-cluster leveren de nauwkeurigste gecombineerde neutrinomassameting tot nu toe op van enig observationeel kosmologisch onderzoek.

Hetzelfde als de andere twee afbeeldingen, maar illustreert bovendien de gemeten gemiddelde vervorming van de afbeeldingen van achtergrondstelsels, veroorzaakt door het zwakke zwaartekrachtlenseffect dat het ‘wegen’ van de clusters mogelijk maakt. Krediet:M. Kluge, C. Garrel, S. Grandis; optisch beeld:Legacy Survey DR10, zwakke lensing:Dark Energy Survey (DES), röntgenfoto:eROSITA

Een belangrijk onderdeel van de analyse zijn zwakke zwaartekrachtlensmetingen. Dit effect beschrijft coherente vervormingen die worden afgedrukt op de waargenomen vormen van verre sterrenstelsels wanneer hun lichtstralen door het zwaartekrachtveld van voorgrondstructuren gaan. Terwijl Cosmic Shear-studies het effect in willekeurige richtingen onderzoeken, kan het ook in de buurt van clusters van sterrenstelsels worden gemeten om hun massa te schatten.

Het eROSITA-team heeft dergelijke metingen uitgevoerd met gegevens van drie huidige onderzoeken met zwakke zwaartekrachtlenzen:de Dark Energy Survey (DES), de Hyper Suprime Cam Survey (HSC) en de Kilo-Degree Survey (KiDS). Deze metingen kalibreren de relatie tussen het eROSITA-röntgensignaal en de clustermassa, waardoor vergelijking met kosmologische modelvoorspellingen mogelijk wordt.

"Ik ben trots op het zwakke-lensteam dat uitstekend werk heeft geleverd bij het leveren van de analyse van alle drie toonaangevende onderzoeken naar zwakke lenzen voor de eROSITA-clustermassakalibratie, waardoor deze kosmologische beperkingen mogelijk werden gemaakt; iets dat nog nooit eerder is bereikt", zegt prof. Dr. Thomas Reiprich van het Argelander Instituut voor Astronomie (AIfA) aan de Universiteit van Bonn, die van 2019 tot eind 2023 leiding gaf aan het werkpakket voor massakalibratie van zwakke lenzen binnen het eROSITA cluster en kosmologieteam.

Hij is ook lid van de Transdisciplinaire Onderzoeksruimte (TRA) "Matter" van de Universiteit van Bonn. De analyse van de "KiDS"-enquête over zwakke lenzen en ook de gedetailleerde vergelijking tussen alle drie de onderzoeken wordt vandaag gepresenteerd in een artikel, ook als voordruk geplaatst op arXiv en geleid door Florian Kleinebreil, Ph.D. student in de groep van Prof. Dr. Tim Schrabback.

Een groot deel van dit werk werd uitgevoerd bij AIfA, totdat beiden in de herfst van 2022 naar de Universiteit van Innsbruck verhuisden. "We ontdekten dat de drie lensonderzoeken consistente massabeperkingen opleveren voor de eROSITA-clusters, wat een belangrijke consistentietest oplevert voor de algehele analyse", legt Kleinebreil uit.

“De voltooide analyse demonstreert de buitengewone kosmologische beperkende kracht die wordt geboden door gecombineerde analyses van ultramoderne clustermonsters van sterrenstelsels en zwakke lensonderzoeken. Opwindend genoeg zal dit veld de komende jaren verder vooruitgaan, mede dankzij de komst van volgende generatie programma’s voor zwakke lensing, waaronder die van ESA’s nieuwe ruimtetelescoop Euclid”, voegt Schrabback toe.

Meer informatie: V. Ghirardini et al, The 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, De SRG/eROSITA All-Sky Survey:zwakke lensing van eRASS1-sterrenstelselclusters in KiDS-1000 en consistentiecontroles met DES Y3 en HSC-Y3, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08456

Journaalinformatie: arXiv

Aangeboden door Universiteit van Bonn




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Geboortebeperking voor parasieten:onderzoekers onthullen nieuw vaccindoelwit voor malaria
  2. Structuur van het spierstelsel
  3. Hoe overleven blinde grotvissen hun zuurstofarme omgeving?
  4. Hoe beïnvloedt de temperatuur het metabolisme?
  5. Opwarming van het klimaat zou de bacteriële impact op Chesapeake Bay-schelpdieren kunnen vergroten, recreatie
  6. Eetbaar diercelproject met Candy
  7. mensen, in tegenstelling tot apen, verander de concurrentiesituatie in een coöperatieve
  8. Nieuwe hoop voor ernstig bedreigde aap met stompe neus in Myanmar
  9. Nieuw ontdekt eiwit kan worden gebruikt om levensreddende antischimmelmiddelen te produceren

Wetenschap