Ein Forschungsteam unter der Leitung von Physikern des SLAC National Accelerator Laboratory
Grundmodell des Universums
Lambda-CDM (ΛCDM, Lambda-CDM-Modell) -modernes kosmologisches Standardmodell. Darin ist das räumlich flache Universum neben gewöhnlicher baryonischer Materie auch mit dunkler Energie und kalter dunkler Materie gefüllt. Um mit den Beobachtungen in Einklang zu stehen, sollte das Alter des Universums nach diesem Modell mit 13,799 ± 0,021 Milliarden Jahren angenommen werden.
ΛCDM-Visualisierung.Kredite und Rechte:NASA/LAMBDA-Archiv/WMAP-Wissenschaftsteam
Das Hauptproblem der Beobachtungen
Schlussfolgerung zur Verteilung der ClustermassenDie Röntgenemission von Galaxien ist am zuverlässigsten, wenn die Energie des Gases in den Galaxienhaufen durch die Anziehungskraft ausgeglichen wird, die das gesamte System zusammenhält. Daher konzentrieren sich Messungen der Massenverteilungen in realen Haufen auf solche, die in einen „entspannten“ Zustand übergegangen sind. Beim Vergleich mit theoretischen Vorhersagen ist es wichtig, diese Auswahl entspannender Cluster zu berücksichtigen.
Die Lösung der Wissenschaftler
Physiker der Stanford University untersuchten computersimulierte Cluster, die im Rahmen des Three Hundred Project erstellt wurden.
Im Rahmen des Three Hundred Project untersuchen Wissenschaftler324 große Galaxienhaufen, simuliert mit verschiedenen vollphysikalischen hydrodynamischen Resimulationen und semianalytischen Modellen. Sein Ziel ist es, einen großen Katalog theoretisch modellierter Galaxienhaufen für kosmologische und astrophysikalische Anwendungen bereitzustellen.
Ein Langzeitbelichtungsbild des massiven Galaxienhaufens Abell 2744, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Es zeigt einige der schwächsten und jüngsten im Weltraum entdeckten Galaxien
Bildnachweis: NASA/ESA/STScI
Wissenschaftler haben berechnet, wie es aussehen sollteRöntgenemission für jeden simulierten Cluster. Anschließend wandten sie dieselben Beobachtungskriterien an, die sie zur Identifizierung „entspannter“ Galaxienhaufen anhand realer Daten verwendet hatten. Diese wurden mit den simulierten Bildern korreliert, um das Set zu selektieren.
Anschließend maßen die Forscher den Zusammenhang zwischendrei Eigenschaften von Clustern – ihre Masse, ihr Konzentrationsgrad im Zentrum und ihre Rotverschiebung, die das Alter des Universums widerspiegelt. Die Wissenschaftler verwendeten Daten von simulierten Clustern aus dem Three Hundred Project, Clustern und 44 realen Clustern, die vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA beobachtet wurden.
Was haben Physiker herausgefunden?
Physiker kommen zu konsistenten Ergebnissenaus beiden Datensätzen. Im Allgemeinen haben Cluster im Laufe der Zeit eine zentralere Konzentration erfahren. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass die Masse weniger massiver Cluster stärker im Zentrum konzentriert war als die Masse weniger massiver Objekte. Es wurde festgestellt, dass die gemessenen Beziehungen zwischen Beobachtungen und Theorie sehr gut übereinstimmen. Dies sei letztlich „eine starke Unterstützung für das Lambda-CDM-Paradigma“, schreiben die Wissenschaftler.
Zusammensetzung des Universums nach dem ΛCDM-Modell. Kredit und Urheberrecht: RedAndr, Azcolvin429derivative,CC BY-SA 3.0
Was weiter?
Wissenschaftler hoffen, dass ihnen dies auch in Zukunft gelingen wirdErweitern Sie die Größe sowohl beobachteter als auch simulierter Galaxienhaufen-Datensätze. SLAC-unterstützte Projekte in den nächsten Jahren, darunter die Legacy Survey of Space and Time des Vera Rubin Observatory und das Cosmic Microwave Background (CMB-S4)-Experiment der vierten Generation, werden dazu beitragen, viele weitere Galaxienhaufen zu identifizieren. Darüber hinaus sind mehrere Weltraummissionen geplant, um Physikern zu helfen. Zum Beispiel der Start des Satelliten ATHENA der Europäischen Weltraumorganisation. Mithilfe neuester Daten werden Wissenschaftler künftig verstärkt Messungen im Röntgenbereich durchführen.
SLAC-Kosmologen arbeiten ebenfalls an einer Steigerungdie Größe und Genauigkeit von Computersimulationen des Kosmos, die detailliertere Studien von Galaxienhaufen ermöglichen und strenge Grenzen für alternative kosmologische Szenarien setzen werden.
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Auf dem Cover: Zeitleiste des Universums
Autor: Design Alex Mittelmann, Coldcreation