Zespół badawczy kierowany przez fizyków z Narodowego Laboratorium Akceleratorów SLAC
Podstawowy model wszechświata
Lambda-CDM (ΛCDM, model Lambda-CDM) -nowoczesny standardowy model kosmologiczny. W nim przestrzennie płaski Wszechświat jest wypełniony, oprócz zwykłej materii barionowej, ciemną energią i zimną ciemną materią. Według tego modelu, aby zachować zgodność z obserwacjami, wiek Wszechświata należy przyjąć na 13,799 ± 0,021 miliarda lat.
Wizualizacja ΛCDM.Kredyty i prawa: Archiwum NASA/LAMBDA/Zespół naukowy WMAP
Główny problem obserwacji
Wnioski dotyczące rozkładu mas klastrówEmisja promieniowania rentgenowskiego z galaktyk jest najbardziej niezawodna, gdy energia gazu wewnątrz gromad jest równoważona przez przyciąganie grawitacyjne spajające cały układ. Dlatego pomiary rozkładów mas w klastrach rzeczywistych skupiają się na tych, które przeszły w stan „zrelaksowany”. Porównując z przewidywaniami teoretycznymi, ważne jest, aby wziąć pod uwagę wybór skupień relaksujących.
Rozwiązanie naukowców
Fizycy z Uniwersytetu Stanforda badali klastry symulowane komputerowo utworzone w ramach projektu Trzysta.
W ramach Projektu Trzystu naukowcy badająSymulowano 324 duże gromady galaktyk przy użyciu różnych, w pełni fizycznych resymulacji hydrodynamicznych i modeli półanalitycznych. Jego celem jest zapewnienie dużego katalogu teoretycznie modelowanych gromad galaktyk do zastosowań kosmologicznych i astrofizycznych.
Zdjęcie masywnej gromady galaktyk Abell 2744 wykonane z długim czasem ekspozycji przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Pokazuje niektóre z najsłabszych i najmłodszych galaktyk odkrytych w kosmosie
Źródło: NASA/ESA/STScI
Naukowcy obliczyli, jak to powinno wyglądaćEmisja promieniowania rentgenowskiego dla każdego symulowanego klastra. Następnie zastosowali te same kryteria obserwacji, których używali do identyfikowania „zrelaksowanych” gromad galaktyk na podstawie rzeczywistych danych. Skorelowano je z symulowanymi obrazami, aby sprawdzić zestaw.
Następnie badacze zmierzyli związek międzytrzy właściwości gromad – ich masa, stopień koncentracji w centrum i przesunięcie ku czerwieni, które odzwierciedla wiek Wszechświata. Naukowcy wykorzystali dane z symulowanych gromad z projektu Three Hundred, gromad i 44 prawdziwych gromad obserwowanych przez należące do NASA Obserwatorium Rentgenowskie Chandra.
Czego dowiedzieli się fizycy?
Fizycy znajdują spójne wynikiz obu zbiorów danych. Ogólnie rzecz biorąc, klastry z czasem stały się bardziej skoncentrowane centralnie. Jednocześnie masa mniej masywnych gromad okazała się bardziej skoncentrowana w centrum niż mniej masywnych obiektów. Stwierdzono, że zmierzone zależności bardzo dobrze zgadzają się między obserwacjami a teorią. Ostatecznie „zapewniło to silne wsparcie dla paradygmatu Lambda-CDM” – piszą naukowcy.
Skład Wszechświata według modelu ΛCDM. Źródło i prawa autorskie: RedAndr, Azcolvin429derivative,CC BY-SA 3.0
Co dalej?
W przyszłości naukowcy mają nadzieję, że im się to udazwiększyć rozmiar zarówno obserwowanych, jak i symulowanych zbiorów danych gromad galaktyk. Projekty wspierane przez SLAC realizowane w ciągu najbliższych kilku lat, w tym prowadzone przez Obserwatorium Vera Rubin Legacy Survey of Space and Time oraz eksperyment czwartej generacji Cosmic Microwave Tło (CMB-S4), pomogą zidentyfikować znacznie więcej gromad galaktyk. Ponadto planowanych jest kilka misji kosmicznych, które mają pomóc fizykom. Na przykład wystrzelenie satelity ATHENA Europejskiej Agencji Kosmicznej. Korzystając z najnowszych danych, naukowcy w przyszłości dokonają większej liczby pomiarów w zakresie rentgenowskim.
Kosmolodzy z SLAC również pracują nad zwiększeniemwielkość i dokładność symulacji komputerowych kosmosu, co pozwoli na bardziej szczegółowe badania gromad galaktyk i wyznaczy ścisłe ograniczenia dla alternatywnych scenariuszy kosmologicznych.
Czytaj więcej:
Okazało się, że fotosynteza nie przebiega tak, jak myśleli naukowcy. Teraz chcą go zhakować
Odległa galaktyka radiowa okazała się czarną dziurą, która jest skierowana bezpośrednio na Ziemię
Znaleziono sposób na zmniejszenie masy ciała i poziomu cukru we krwi. Naukowcy obiecują efekt operacji
Na okładce: Kalendarium Wszechświata
Autor: Design Alex Mittelmann, Coldcreation