April 14, 2024

Η μεγάλη έρευνα ουρανού με ακτίνες Χ θα μπορούσε να μειώσει την κρίση που περιβάλλει το «άβολο» σύμπαν

Μια νέα ανάλυση του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκαν τα σμήνη γαλαξιών κατά τη διάρκεια της 13,8 δισεκατομμυρίων ετών ιστορίας του σύμπαντος θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση μιας μακροχρόνιας έντασης σχετικά με την «αθροβολία» του περιεχομένου της ύλης του σύμπαντος. Στο μέλλον, μπορεί επίσης να βοηθήσει τους επιστήμονες να λύσουν μια σειρά από άλλα κοσμικά μυστήρια.

Τα πρώτα δεδομένα από την πανοραμική έρευνα του eROSITA για πηγές κοσμικών ακτίνων Χ, η οποία ολοκλήρωσε 4,5 επισκοπήσεις παντού τον Φεβρουάριο του 2022, περιείχε μετρήσεις ακριβείας τόσο της ποσότητας της συνολικής ύλης στο σύμπαν όσο και του επιπέδου απαλότητας της ύλης, ή “ομοιογένεια.”

Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση μιας διαφοράς μεταξύ των θεωρητικών προβλέψεων του καθιερωμένου μοντέλου της κοσμολογίας και των παρατηρήσεων ενός κοσμικού απολιθώματος που γεννήθηκε αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που ονομάζεται κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB). Επί του παρόντος, οι δυο τους διαφωνούν για το πόσο άμορφη είναι η ύλη στο σύμπαν.

Αυτή η διαφορά είναι γνωστή ως τάση S8, με το S8 να είναι η παράμετρος που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να ποσοτικοποιήσουν το πλάτος των διακυμάνσεων της ύλης στην κλίμακα περίπου 26 εκατομμυρίων ετών φωτός. Με άλλα λόγια, η ανωμαλία του σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα.

Σχετίζεται με: Η εικόνα ακτίνων Χ του σύμπαντος αποκαλύπτει σχεδόν 1 εκατομμύριο αντικείμενα υψηλής ενέργειας: “Αυτά είναι εντυπωσιακά νούμερα”

Αν και η τάση του S8 μπορεί να μην είναι τόσο μεγάλο πρόβλημα για την κοσμολογία όσο η «ένταση του Hubble», η οποία περιγράφει μια ανισότητα που βλέπουν οι επιστήμονες στους υπολογισμούς του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος, εξακολουθεί να αντιπροσωπεύει μια καταιγίδα σε εξέλιξη. Έχει μάλιστα προταθεί ότι ίσως χρειαστεί να βρούμε εντελώς νέα φυσική για να λύσουμε το παζλ. Ωστόσο, νέα δεδομένα από το eROSITA προσφέρουν ελπίδα ότι το στέλεχος του S8 μπορεί να ανακουφιστεί χωρίς τέτοια δραστικά μέτρα.

“Το eROSITA έχει πλέον καθιερώσει τη μέτρηση της εξέλιξης των συστάδων ως εργαλείο για την κοσμολογία ακριβείας”, δήλωσε σε δήλωση η Esra Bulbul, ανώτερη επιστήμονας στην ομάδα κοσμολογίας και σμηνών της eROSITA. «Οι κοσμολογικές παράμετροι που μετρήσαμε σε σμήνη γαλαξιών είναι συνεπείς με το υπερσύγχρονο CMB, δείχνοντας ότι το ίδιο κοσμολογικό μοντέλο ισχύει από λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι σήμερα».

Επίλυση μιας κοσμικής κρίσης που δημιουργείται με το eROSITA

Το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, ή το μοντέλο “ΛCDM Cold Dark Matter (ΛCDM)”, υποδηλώνει ότι το σύμπαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ήταν μια καυτή, πυκνή θάλασσα από φωτόνια ή ελαφρά σωματίδια και ελεύθερα ηλεκτρόνια και πρωτόνια.

Αυτά τα ηλεκτρόνια πιστεύεται ότι έχουν άπειρα διασκορπισμένα φωτόνια αυτή τη στιγμή, που σημαίνει ότι το σύμπαν θα ήταν ουσιαστικά αδιαφανές. Αυτό συνέβη μέχρι περίπου 400.000 χρόνια αργότερα, όταν το σύμπαν επεκτάθηκε και ψύχθηκε αρκετά ώστε να επιτρέψει στα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια να πλησιάσουν αρκετά ώστε να έρθουν μαζί και να δημιουργήσουν τα πρώτα άτομα υδρογόνου.

Κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής επαναιονισμού, τα φωτόνια ξαφνικά αφέθηκαν να ταξιδέψουν και το σύμπαν έγινε διαφανές στο φως. Αυτό το «πρώτο φως» τώρα γεμίζει το σύμπαν σχεδόν τέλεια ομοιόμορφα και είναι γνωστό ως CMB, ή «τελευταία επιφάνεια σκέδασης». Και επειδή αυτό το φως υπάρχει πριν από την εμφάνιση των πρώτων αστέρων και γαλαξιών, το CMB είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για την παρακολούθηση της εξέλιξης του σύμπαντος.

Καθώς προχωρούσε ο κοσμικός χρόνος, τα πρώτα άτομα συγκεντρώθηκαν για να σχηματίσουν τα πρώτα νέφη αερίου, μετά τα πρώτα αστέρια, τα οποία συγκεντρώθηκαν σε γαλαξίες που με τη σειρά τους συγκεντρώθηκαν στα πρώτα γαλαξιακά σμήνη, οδηγώντας τελικά σε μερικές από τις μεγαλύτερες δομές στο γνωστό σύμπαν.

Οι παρατηρήσεις αυτών των σμηνών από το eROSITA, το κύριο όργανο στο ρωσο-γερμανικό διαστημόπλοιο Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG), δείχνουν ότι η ορατή ύλη και η σκοτεινή ύλη αποτελούν το 29% της συνολικής ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος του συμπλέγματος, που συμπίπτει με το CMB Μετρήσεις.

Αριστερά, ένας κίτρινος κύκλος με καπνιστά σχέδια.  Στα δεξιά, ένας κύκλος σε μπλε τόνους που λάμπει με αστέρια.

Αριστερά, ένας κίτρινος κύκλος με καπνιστά σχέδια. Στα δεξιά, ένας κύκλος σε μπλε τόνους που λάμπει με αστέρια.

Παρατηρώντας γαλαξιακά σμήνη, το eROSITA μπόρεσε επίσης να παρέχει μια μέτρηση της πυκνότητας της ύλης χρησιμοποιώντας την παράμετρο S8. Ενώ προηγούμενα πειράματα CMB έχουν προτείνει υψηλότερη τιμή για το S8 από ό,τι προβλέπει το Καθιερωμένο Μοντέλο, οι παρατηρήσεις του eROSITA για αυτό το κοσμικό απολίθωμα είναι περισσότερο σύμφωνες με αυτές τις θεωρητικές προβλέψεις.

“Το eROSITA μας λέει ότι το σύμπαν συμπεριφέρθηκε όπως αναμενόταν σε όλη την κοσμική ιστορία”, δήλωσε στη δήλωση ο Vittorio Ghirardini, επικεφαλής της έρευνας και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική. «Δεν υπάρχει ένταση με το WBC· ίσως οι κοσμολόγοι μπορούν να χαλαρώσουν λίγο τώρα».

Κοσμικό κυνήγι φαντασμάτων

Οι παρατηρήσεις του eROSITA στα γαλαξιακά σμήνη έχουν επίσης βοηθήσει τους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για τα μικρά σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα, τα οποία έχουν τόσο μικρή μάζα και φορτίο που βασικά ταξιδεύουν κάτω από το ραντάρ. Στην πραγματικότητα, 100 δισεκατομμύρια από αυτά περνούν από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, χωρίς να το καταλάβουμε. Αυτό όχι μόνο κάνει τα νετρίνα εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν, αλλά τους έχει κερδίσει το παρατσούκλι «σωματίδια φάντασμα».

Αυτά τα μικροσκοπικής μάζας σωματίδια τους επιτρέπουν επίσης να ταξιδεύουν μέσα στο σύμπαν με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, γι’ αυτό οι αστρονόμοι τα περιγράφουν ως “καυτά”. Η θερμοκρασία είναι ουσιαστικά ένα μέτρο της ταχύτητας με την οποία κινούνται τα σωματίδια. Αυτό σημαίνει ότι τα νετρίνα μπορούν να εξομαλύνουν την κατανομή της ύλης στο σύμπαν και αυτή η δράση μπορεί να μετρηθεί διερευνώντας την εξέλιξη των μεγαλύτερων κοσμικών δομών που γνωρίζουμε.

Ως εκ τούτου, ο συνδυασμός μετρήσεων eROSITA των γαλαξιακών σμηνών με παρατηρήσεις CMB παρείχε τις πιο εκλεπτυσμένες μετρήσεις μέχρι τώρα της συνολικής τιμής μάζας νετρίνων που επιτεύχθηκε με έναν κοσμολογικό ανιχνευτή.

«Μπορεί να φαίνεται παράδοξο, αλλά έχουμε επιτύχει αυστηρούς περιορισμούς στη μάζα των ελαφρύτερων γνωστών σωματιδίων από την αφθονία των μεγαλύτερων φωτοστέφανων της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν», είπε ο Ghirardini. «Είμαστε ακόμη στα πρόθυρα μιας σημαντικής ανακάλυψης στη μέτρηση της συνολικής μάζας νετρίνων σε συνδυασμό με πειράματα νετρίνων επίγεια».

ΣΧΕΤΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΑ:

— Νέος δορυφόρος θα μπορεί να δει το «ουράνιο τόξο των ακτίνων Χ» τεράστιων αντικειμένων στο διάστημα

— Εκατοντάδες υπολείμματα σουπερνόβα παραμένουν κρυμμένα στον γαλαξία μας. Αυτοί οι αστρονόμοι θέλουν να τους βρουν

— Η μεγαλύτερη προσομοίωση του σύμπαντος σε υπολογιστή εντείνει το κοσμολογικό δίλημμα

Η γνώση της eROSITA για το σύμπαν δεν τελειώνει εκεί. Τα δεδομένα από το όργανο θα πρέπει επίσης να είναι σε θέση να αποκαλύψουν τον ρυθμό ανάπτυξης των μεγαλύτερων δομών στο σύμπαν, κάτι που είχε προβλεφθεί από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν το 1915: τη γενική σχετικότητα.

Μια αρχική ανάλυση 12.247 οπτικά αναγνωρισμένων σμηνών γαλαξιών που είδαν το eROSITA φαίνεται να δείχνει ότι αυτός ο ρυθμός ανάπτυξης είναι λίγο πιο αργός σε μεταγενέστερους κοσμολογικούς χρόνους από ό,τι προβλέπει η γενική σχετικότητα.

«Θα μπορούσαμε να είμαστε στα πρόθυρα μιας νέας ανακάλυψης», δήλωσε στη δήλωση ο Emmanuel Artis, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική. «Εάν μπορεί να επιβεβαιωθεί, το eROSITA θα ανοίξει το δρόμο για ενδιαφέρουσες νέες θεωρίες πέρα ​​από τη γενική σχετικότητα».

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *