Nowe badanie pokazuje dobrą zgodność z przewidywaniami standardowych modeli kosmologicznych.
Kosmolodzy znaleźli nowe dowody na standardowy model kosmologiczny – tym razem wykorzystują dane dotyczące struktury gromad galaktyk.
W niedawno opublikowanym badaniu zespół kierowany przez fizyków z SLAC National Accelerator Laboratory i Uniwersytetu Stanforda w Departamencie Energii wykonał szczegółowe pomiary emisji promieniowania rentgenowskiego gromad galaktyk, które ujawniły rozkład materii w ich obrębie. Z koeli dane te pomogły naukowcom przetestować dominującą teorię struktury i ewolucji Wszechświata, znaną jako model Lambda-CDM.
Dotarcie tam nie było jednak łatwym zadaniem.
Tutaj pojawia się problem: wnioskowanie o rozkładach masy gromad galaktyk z ich emisji promieniowania X jest najbardziej wiarygodne, gdy energia gazu wewnątrz gromad jest równoważona przez przyciąganie grawitacyjne, które utrzymuje cały układ razem. Pomiary rozkładu masy w rzeczywistych gromadach skupiają się na tych, które osiągnęły stan „rozluźnienia”. Porównując z przewidywaniami teoretycznymi, należy zatem wziąć pod uwagę ten wybór rozluźnionych gromad.
Mając to na uwadze, absolwentka fizyki na Uniwersytecie Stanforda, Elise Darragh-Ford, wraz ze współpracownikami zbadała symulowane komputerowo gromady, stworzone w ramach projektu The Three Hundred Project. Najpierw obliczyli, jak powinna wyglądać emisja rentgenowska dla każdej symulowanej gromady. Następnie zastosowali te same kryteria obserwacyjne, których użyto do identyfikacji rozluźnionych gromad galaktyk na podstawie rzeczywistych danych i symulowanych obrazów, aby zawęzić zbiór.
Następnie badacze zmierzyli zależność pomiędzy trzema właściwościami – masą gromady, tym jak centralnie zagęszczona jest ta masa, oraz przesunięcie ku czerwieni gromad, które odzwierciedla wiek Wszechświata, kiedy emitowane było obserwowane przez nas światło – zarówno dla symulowanych gromad w projekcie, jak i 44 prawdziwych gromad obserwowanych przez teleskop kosmiczny Chandra.
Zespół znalazł spójne wyniki z obu zestawów danych: ogólnie rzecz biorąc, gromady stały się bardziej zagęszczone centralnie w czasie, podczas gdy w danym czasie mniej masywne gromady są bardziej zagęszczone centralnie niż te bardziej masywne. Zmierzone zależności zgadzają się wyjątkowo dobrze między obserwacją a teorią, zapewniając silne wsparcie dla paradygmatu Lambda-CDM – powiedziała Darragh-Ford.
Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości w swoich analizach będą mogli zwiększyć rozmiar zarówno obserwowanych, jak i symulowanych zbiorów danych dotyczących gromad galaktyk. Wspierane przez SLAC projekty, które rozpoczną się w ciągu najbliższych kilku lat, pomogą zidentyfikować znacznie większą liczbę gromad galaktyk, podczas gdy planowane misje kosmiczne mogą uzupełnić pomiary promieniowania rentgenowskiego. Kosmolodzy z SLAC pracują również nad zwiększeniem rozmiarów dokładności komputerowych symulacji kosmosu, co pozwoli na bardziej szczegółowe badanie gromad galaktyk i wyznaczenie ścisłych limitów dla alternatywnych scenariuszy kosmologicznych.
Więcej informacji:
- Galaxy clusters yield new evidence for standard model of cosmology
- The Concentration–Mass relation of massive, dynamically relaxed galaxy clusters: agreement between observations and ΛCDM simulations
Źródło: SLAC
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Obraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a pokazujący gromadę galaktyk MACS J1206. Źródło: NASA, ESA, M. Postman (STScI) oraz zespół CLASH
