Mật độ thiên hà trong trường Khảo sát tiến hóa vũ trụ (COSMOS), với các màu đại diện cho dịch chuyển đỏ của các thiên hà, từ dịch chuyển đỏ 0,2 (xanh dương) đến 1 (đỏ). Đường viền tia X màu hồng cho thấy sự phát xạ tia X mở rộng theo quan sát của XMM-Newton.
Vật chất tối (thực sự lạnh, tối - không phải baryonic - vật chất) chỉ có thể được phát hiện bởi ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Trong các cụm và nhóm thiên hà, ảnh hưởng đó thể hiện dưới dạng thấu kính hấp dẫn yếu, rất khó để đóng đinh. Một cách để ước tính chính xác hơn mức độ của thấu kính hấp dẫn - và do đó, sự phân bố vật chất tối - là sử dụng phát xạ tia X từ plasma trong cụm nóng để xác định vị trí trung tâm của khối.
Và điều đó chỉ là những gì mà một nhóm các nhà thiên văn học gần đây đã thực hiện, và lần đầu tiên họ đã cho chúng ta biết cách xử lý vật chất tối đã phát triển trong nhiều tỷ năm qua.
COSMOS là một cuộc khảo sát thiên văn được thiết kế để thăm dò sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà như là một chức năng của thời gian vũ trụ (dịch chuyển đỏ) và môi trường cấu trúc quy mô lớn. Cuộc khảo sát bao gồm một trường xích đạo 2 độ vuông với hình ảnh của hầu hết các kính thiên văn trên không gian chính (bao gồm Hubble và XMM-Newton) và một số kính viễn vọng trên mặt đất.
Hiểu bản chất của vật chất tối là một trong những câu hỏi mở quan trọng trong vũ trụ học hiện đại. Trong một trong những cách tiếp cận được sử dụng để giải quyết câu hỏi này, các nhà thiên văn học sử dụng mối quan hệ giữa khối lượng và độ sáng đã được tìm thấy cho các cụm thiên hà liên kết với sự phát xạ tia X của chúng, một dấu hiệu cho thấy khối lượng của vật chất thông thường (baryonic. tất nhiên, vật chất baryonic bao gồm các electron, là lepton!) và tổng khối lượng của chúng (baryonic cộng với vật chất tối) được xác định bằng thấu kính hấp dẫn.
Cho đến nay mối quan hệ chỉ được thiết lập cho các cụm gần đó. Công trình mới của sự hợp tác quốc tế, bao gồm Viện Vật lý ngoài Trái đất Max MP (MPE), Phòng thí nghiệm Vật lý thiên văn của Brussilles (LAM) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley), đã đạt được tiến bộ lớn trong việc mở rộng mối quan hệ đến xa hơn và các cấu trúc nhỏ hơn so với trước đây có thể.
Để thiết lập mối liên hệ giữa phát xạ tia X và vật chất tối tiềm ẩn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một trong những mẫu lớn nhất của các nhóm và các nhóm thiên hà được chọn bởi tia X, được tạo ra bởi đài quan sát tia X của ESA, XMM-Newton.
Các nhóm và cụm thiên hà có thể được tìm thấy một cách hiệu quả bằng cách sử dụng phát xạ tia X mở rộng của chúng trên các thang đo tiểu cung. Do diện tích hiệu quả lớn của nó, XMM-Newton là kính viễn vọng tia X duy nhất có thể phát hiện mức phát xạ mờ từ các nhóm và cụm thiên hà xa xôi.
Khả năng của XMM-Newton để cung cấp các danh mục lớn các nhóm thiên hà trong các lĩnh vực sâu là đáng kinh ngạc, ông cho biết, Alexis Finoguenov của MPE và Đại học Maryland, đồng tác giả của Tạp chí Vật lý thiên văn (ApJ) gần đây đã báo cáo về nhóm. các kết quả.
Vì tia X là cách tốt nhất để tìm và mô tả các cụm, nên hầu hết các nghiên cứu tiếp theo cho đến nay chỉ giới hạn ở các nhóm và cụm thiên hà tương đối gần đó.
Alex Đưa ra các danh mục chưa từng có do XMM-Newton cung cấp, chúng tôi đã có thể mở rộng các phép đo khối lượng đến các cấu trúc nhỏ hơn nhiều, tồn tại sớm hơn nhiều trong lịch sử của Vũ trụ, Alex cho biết Alexie Leauthaud thuộc Phòng Vật lý của Phòng thí nghiệm Berkeley, tác giả đầu tiên của nghiên cứu ApJ.
Thấu kính hấp dẫn xảy ra do khối lượng làm cong không gian xung quanh nó, bẻ cong đường đi của ánh sáng: khối lượng càng lớn (và càng gần trung tâm khối lượng), càng uốn cong không gian và hình ảnh của một vật ở xa bị dịch chuyển và méo mó. Do đó, đo độ méo, hay ’shear, là chìa khóa để đo khối lượng của vật kính.
Trong trường hợp thấu kính hấp dẫn yếu (như được sử dụng trong nghiên cứu này), sự cắt xén quá nhỏ để có thể nhìn thấy trực tiếp, nhưng những biến dạng bổ sung mờ nhạt trong một tập hợp các thiên hà xa xôi có thể được tính theo thống kê, và độ cắt trung bình do thấu kính của một số lượng lớn đối tượng ở phía trước của họ có thể được tính toán. Tuy nhiên, để tính toán khối lượng ống kính từ độ cắt trung bình, người ta cần biết tâm của nó.
Vấn đề với các cụm dịch chuyển đỏ cao là rất khó xác định chính xác thiên hà nào nằm ở trung tâm của cụm, L Lhhaud nói. Mùi đó, nơi mà tia X giúp đỡ. Độ chói của tia X từ cụm thiên hà có thể được sử dụng để tìm trung tâm của nó rất chính xác.
Biết được trung tâm khối lượng từ phân tích phát xạ tia X, Leauthaud và các đồng nghiệp sau đó có thể sử dụng thấu kính yếu để ước tính tổng khối lượng của các nhóm và cụm ở xa với độ chính xác cao hơn bao giờ hết.
Bước cuối cùng là xác định độ chói của tia X của từng cụm thiên hà và vẽ nó theo khối lượng được xác định từ thấu kính yếu, với mối quan hệ độ sáng khối lượng cho tập hợp các nhóm và cụm mới mở rộng các nghiên cứu trước đó đến khối lượng thấp hơn và cao hơn dịch chuyển đỏ. Trong sự không chắc chắn có thể tính toán được, mối quan hệ theo cùng một độ dốc thẳng từ các cụm thiên hà gần đó đến các cụm ở xa; một hệ số tỷ lệ nhất quán đơn giản liên quan đến tổng khối lượng (baryonic cộng với bóng tối) của một nhóm hoặc cụm với độ sáng tia X của nó, sau đó chỉ đo khối lượng baryonic.
Jean Bằng cách xác nhận mối quan hệ độ sáng khối lượng và mở rộng nó thành các dịch chuyển đỏ cao, chúng tôi đã thực hiện một bước nhỏ theo đúng hướng sử dụng thấu kính yếu như một công cụ mạnh mẽ để đo lường sự tiến hóa của cấu trúc, ông Jean-Paul Kneib, đồng tác giả của bài báo ApJ từ LAM và Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia của Pháp (CNRS).
Nguồn gốc của các thiên hà có thể bắt nguồn từ sự khác biệt nhỏ về mật độ của Vũ trụ nóng, nóng; dấu vết của những khác biệt này vẫn có thể được xem là chênh lệch nhiệt độ phút trong nền vi sóng vũ trụ (CMB) - điểm nóng và lạnh.
George Smoot, giám đốc Trung tâm Vật lý vũ trụ học (BCCP), giáo sư cho biết, các biến thể mà chúng ta quan sát được trên bầu trời vi sóng cổ đại đại diện cho những dấu ấn phát triển theo thời gian thành giàn giáo vật chất tối vũ trụ cho các thiên hà mà chúng ta thấy ngày nay. về vật lý tại Đại học California tại Berkeley và là thành viên của Phòng Vật lý của Phòng thí nghiệm Berkeley. Smoot đã chia sẻ giải thưởng Nobel Vật lý năm 2006 để đo bất đẳng hướng trong CMB và là một trong những tác giả của bài báo ApJ. Thật thú vị khi chúng ta thực sự có thể đo được bằng thấu kính hấp dẫn về việc vật chất tối đã sụp đổ và phát triển như thế nào kể từ đầu.
Một mục tiêu trong nghiên cứu sự phát triển của cấu trúc là để hiểu chính vật chất tối và cách nó tương tác với vật chất thông thường mà chúng ta có thể nhìn thấy. Một mục tiêu khác là tìm hiểu thêm về năng lượng tối, hiện tượng bí ẩn đang đẩy vật chất ra xa nhau và khiến Vũ trụ giãn nở với tốc độ gia tăng. Nhiều câu hỏi vẫn chưa được trả lời: Là năng lượng tối không đổi, hay là năng động? Hay đó chỉ là một ảo ảnh gây ra bởi một hạn chế trong Lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein?
Các công cụ được cung cấp bởi mối quan hệ độ sáng khối lớn sẽ giúp trả lời những câu hỏi này về vai trò đối lập của trọng lực và năng lượng tối trong việc định hình Vũ trụ, hiện tại và trong tương lai.
Nguồn: ESA, và một bài báo được xuất bản trong số ra ngày 20 tháng 1 năm 2010 của Tạp chí Vật lý thiên văn (arXiv: 0910.5219 là bản in trước)
