Λείπουν βαρυώνες που βρίσκονται στα άκρα των γαλαξιακών φωτοστέφανων

Μια νέα μελέτη διαπίστωσε ότι μερικά από τα δύσκολα εντοπισμένα σωματίδια είναι πιθανό να ψεκάζονται πέρα ​​από τα άκρα των ορίων των γαλαξιών. Η μελέτη διαπίστωσε ότι μερικά από αυτά τα σωματίδια της βαρυονικής ύλης βρίσκονται έως και 6 εκατομμύρια έτη φωτός από τα γαλαξιακά τους κέντρα. Αυτή η χρωματική εικόνα δείχνει το φωτοστέφανο του γαλαξία της Ανδρομέδας, που είναι ο μεγαλύτερος γαλαξιακός γείτονας του Γαλαξία. Πίστωση: NASA

Οι ερευνητές διοχέτευαν το πρώτο φως στο σύμπαν – ένα λείψανο του σχηματισμού του σύμπαντος που είναι γνωστό ως κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB) – για να λύσουν ένα μυστήριο της ύλης που λείπει και να μάθουν νέα πράγματα για τους γαλαξίες σχηματισμού. Η δουλειά τους θα μπορούσε επίσης να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τη σκοτεινή ενέργεια και να δοκιμάσουμε τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν παρέχοντας νέες λεπτομέρειες σχετικά με το πόσο γρήγορα οι γαλαξίες κινούνται προς μας ή απομακρύνονται από εμάς.


Η αόρατη σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια αποτελούν περίπου το 95% της συνολικής μάζας και ενέργειας του σύμπαντος, και η πλειονότητα του 5% που θεωρείται συνηθισμένη ύλη είναι επίσης σε μεγάλο βαθμό αόρατη, όπως το αέριο. Η περιφέρεια των γαλαξιών που αποτελούν τα λεγόμενα φωτοστέφανα.

Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της συνηθισμένης ύλης αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια – σωματίδια που ονομάζονται βαρυόνια που υπάρχουν στους πυρήνες ατόμων όπως το υδρογόνο και το ήλιο. Μόνο το 10% περίπου βαρυονική ύλη εμφανίζεται με τη μορφή αστεριών, και οι περισσότεροι άλλοι κατοικούν στο χώρο μεταξύ των γαλαξιών σε σκέλη καυτής, διασκορπισμένης ύλης γνωστής ως θερμού-καυτού διαγαλαξιακού μέσου ή WHIM.

Επειδή τα βαρυόνια είναι τόσο διασκορπισμένα στο διάστημα, ήταν δύσκολο για τους επιστήμονες να πάρουν μια σαφή εικόνα της θέσης και της πυκνότητας τους γύρω από τους γαλαξίες. Λόγω αυτής της ατελούς εικόνας του τόπου κατοικίας της συνηθισμένης ύλης, τα περισσότερα από τα βαρυόνια στο σύμπαν μπορούν να θεωρηθούν «λείπουν».

Σήμερα, μια διεθνής ομάδα ερευνητών, με βασικές συνεισφορές από φυσικούς στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley (Εργαστήριο Berkeley) και το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ του Πανεπιστημίου Cornell, χαρτογράφησε τη θέση αυτών των χαμένων μπαρυόνων παρέχοντας τις καλύτερες μετρήσεις, μέχρι σήμερα, της τοποθεσίας τους και πυκνότητα γύρω από ομάδες γαλαξιών.

Αποδεικνύεται ότι τα βαρυόνια βρίσκονται σε γαλαξία φωτοστέφανα, και αυτά τα φωτοστέφανα εκτείνονται πολύ πιο μακριά από τα δημοφιλή μοντέλα που προβλέπονται. Ενώ τα περισσότερα από τα αστέρια σε έναν μεμονωμένο γαλαξία συνήθως περιέχονται σε μια περιοχή περίπου 100.000 έτη φωτός από το κέντρο του γαλαξία, αυτές οι μετρήσεις δείχνουν ότι για μια δεδομένη ομάδα γαλαξιών, οι πιο απομακρυσμένοι βαρυώνες μπορούν να εκτείνονται περίπου 6 εκατομμύρια έτη φωτός από το κέντρο τους .

Παραδόξως, αυτή η ελλείπουσα ύλη είναι ακόμη πιο δύσκολο να χαρτογραφηθεί από τη σκοτεινή ύλη, την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε εμμέσως μέσω των βαρυτικών της επιπτώσεων στην κανονική ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι η άγνωστη ουσία που αποτελεί περίπου το 27% του σύμπαντος. και η σκοτεινή ενέργεια, η οποία διαχωρίζει την ύλη από το σύμπαν με επιταχυνόμενο ρυθμό, αποτελεί περίπου το 68% του σύμπαντος.

“Μόνο λίγα τοις εκατό συνηθισμένο θέμα έρχεται με τη μορφή αστεριών. Οι περισσότεροι έρχονται ως αέριο που είναι γενικά πολύ αδύναμο, πολύ διάχυτο για να ανιχνευθεί », δήλωσε ο Emmanuel Schaan, μεταδιδακτορικός ερευνητής Chamberlain στο τμήμα φυσικής του εργαστηρίου Berkeley και επικεφαλής συγγραφέας ενός από τα δύο έγγραφα σχετικά με τα χαμένα baryons, που δημοσιεύθηκε στις 15 Μαρτίου εφημερίδα Φυσική εξέταση Δ.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια διαδικασία γνωστή ως το φαινόμενο Sunyaev-Zel’dovich, το οποίο εξηγεί πώς τα ηλεκτρόνια CMB αυξάνουν την ενέργεια μέσω μιας διαδικασίας διάχυσης όταν αλληλεπιδρούν με θερμά αέρια που περιβάλλουν τις συστάδες γαλαξιών.

«Αυτή είναι μια μεγάλη ευκαιρία να κοιτάξουμε πέρα ​​από τις θέσεις των γαλαξιών και τις ταχύτητες των γαλαξιών», δήλωσε ο Simone Ferraro, μέλος του τμήματος φυσικής στο Εργαστήριο Berkeley που συμμετείχε και στις δύο μελέτες. “Οι μετρήσεις μας περιέχουν πολλές κοσμολογικές πληροφορίες σχετικά με την ταχύτητα με την οποία κινούνται αυτοί οι γαλαξίες. Αυτό θα συμπληρώσει τις μετρήσεις που έγιναν από άλλα παρατηρητήρια και θα τις κάνει ακόμα πιο ισχυρές”, είπε.

Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Κορνέλ, αποτελούμενη από ερευνητικό συνεργάτη Stefania Amodeo, επίκουρο καθηγητή. Ο καθηγητής Nicholas Battaglia και η μεταπτυχιακή φοιτητής Emily Moser ηγήθηκαν της μοντελοποίησης και της ερμηνείας των μετρήσεων και διερεύνησαν τις συνέπειές τους για έναν αδύναμο βαρυτικό φακό και σχηματισμός γαλαξιών.

ο αλγόριθμοι υπολογιστών ότι οι ερευνητές που ανέπτυξαν θα πρέπει να αποδειχθούν χρήσιμα για την ανάλυση δεδομένων «αδύναμου φακού» από μελλοντικά πειράματα με υψηλή ακρίβεια. Τα φαινόμενα φακού εμφανίζονται όταν τεράστια αντικείμενα, όπως γαλαξίες και συστάδες γαλαξιών, ευθυγραμμίζονται περίπου σε μια συγκεκριμένη γραμμή ανύψωσης, έτσι ώστε οι βαρυτικές παραμορφώσεις να κάμπτουν και να παραμορφώνουν το φως του πιο απομακρυσμένου αντικειμένου.

Ο αδύναμος φακός είναι μια από τις κύριες τεχνικές που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να κατανοήσουν την προέλευση και την εξέλιξη του σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένης της μελέτης της σκοτεινής ύλης και σκοτεινή ενέργεια. Η εκμάθηση της τοποθεσίας και της διανομής της βαρυονικής ύλης θέτει αυτά τα δεδομένα στα χέρια σας.

«Αυτές οι μετρήσεις έχουν βαθιές επιπτώσεις στον ασθενή φακό και αναμένουμε ότι αυτή η τεχνική θα είναι πολύ αποτελεσματική στη βαθμονόμηση μελλοντικών ερευνών ασθενών φακών», δήλωσε ο Ferraro.

Ο Schaan σημείωσε, “Παίρνουμε επίσης πληροφορίες σχετικές με το σχηματισμό γαλαξιών.”

Στις τελευταίες μελέτες, οι ερευνητές βασίστηκαν σε ένα σύνολο δεδομένων γαλαξιών από το Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) στο έδαφος στο Νέο Μεξικό και δεδομένα CMB από το Atacama Cosmology Telescope (ACT) στη Χιλή και του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας . . Το Berkeley Lab έπαιξε πρωταγωνιστικό ρόλο στην προσπάθεια χαρτογράφησης BOSS και ανέπτυξε τις υπολογιστικές αρχιτεκτονικές που απαιτούνται για την επεξεργασία δεδομένων Planck στο NERSC.

Οι αλγόριθμοι που δημιούργησαν εκμεταλλεύονται την ανάλυση χρησιμοποιώντας τον υπερυπολογιστή Cori National Center for Scientific Computing (NERSC) που χρηματοδοτείται από το DOE. Οι αλγόριθμοι μέτρησαν τα ηλεκτρόνια, επιτρέποντάς τους να αγνοήσουν τη χημική σύνθεση των αερίων.

«Είναι σαν ένα υδατογράφημα σε ένα τραπεζογραμμάτιο», εξήγησε ο Schaan. “Αν το βάλεις μπροστά από έναν οπίσθιο φωτισμό, το υδατογράφημα εμφανίζεται ως σκιά. Για εμάς, ο οπίσθιος φωτισμός είναι το κοσμικό υπόβαθρο των μικροκυμάτων. Χρησιμεύει για να φωτίζει το αέριο από πίσω, έτσι ώστε να μπορούμε να δούμε τη σκιά όταν το φως CMB ταξιδεύει μέσα από αυτό. αέριο. “

Ο Ferraro είπε: “Αυτή είναι η πρώτη πραγματικά, πολύ σημαντική μέτρηση που καθορίζει πραγματικά πού ήταν το αέριο.”

Η νέα εικόνα των γαλαξιώνων που παρέχονται από το λογισμικό “ThumbStack” που δημιούργησαν οι ερευνητές: τεράστιες και ασαφείς σφαιρικές περιοχές που εκτείνονται πολύ πέρα ​​από τις περιοχές των αστεριών. Αυτό το λογισμικό είναι αποτελεσματικό στη χαρτογράφηση αυτών των φωτοστέφανων, ακόμη και για ομάδες γαλαξιών που έχουν φωτοστέφανα χαμηλής μάζας και για εκείνους που απομακρύνονται από εμάς πολύ γρήγορα (γνωστό ως “high-redshift”) γαλαξίες).

Νέα πειράματα που αναμένεται να επωφεληθούν από το Halo Mapping Tool περιλαμβάνουν το Φασματοσκοπικό Όργανο Dark Energy, το Παρατηρητήριο Vera Rubin, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Nancy Grace και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Euclid.


Το αρχαίο φως φωτίζει την ύλη που τροφοδοτεί το σχηματισμό γαλαξιών


Περισσότερες πληροφορίες:
Emmanuel Schaan et al, Atacama Cosmology Telescope: Συνδυασμένα κινηματογραφικά και θερμικά μέτρα Sunyaev-Zel’dovich από BOSS CMASS και LOWZ halos, Φυσική εξέταση Δ (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevD.103.063513

Παραθέτω, αναφορά: Λείπουν βαρυόνια που βρέθηκαν στις άκρες των γαλαξιακών φωτοστέφανων (2021, 17 Μαρτίου) ανακτήθηκαν στις 17 Μαρτίου 2021 από https://phys.org/news/2021-03-baryons-far-out-galactic-halos.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την ορθή χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για πληροφορίες.

READ  Οι σουπιές δείχνουν ότι είναι τόσο έξυπνο όσο τα παιδιά στη μελέτη της «δοκιμής marshmallow»

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *