Печать Электронная почта Закладка

Наука Каждый День (21 января 2010) — Слабый гравитационный lensing - уникально многообещающий способ учиться сколько темной материи, там находится во Вселенной и как ее распределение развилось начиная с отдаленного прошлого. Новая работа командой во главе с космологом от Лоуренса Беркели американского Министерства энергетики, Национальная Лаборатория сделала главные успехи в распространении использования гравитационного lensing к исследованию намного старших и меньших структур чем, была ранее возможна.

До недавнего времени, слабый lensing был ограничен вычислением полной массы относительно соседних групп и групп галактик. Их полная масса включает и обычный, видимый вопрос как звезды и пыль - что астрономы называют вопросом "baryonic" - плюс намного более массивные невидимые концентрации темной материи, которые формируют группы и группы, сплачивая галактики.

Астрономы были в состоянии установить важные отношения вычисления для соседних групп между их полными массами, определенными гравитационным lensing, и яркостью их эмиссии рентгена, признаком массы одного только обычного вопроса. Новое исследование в Астрофизическом Журнале (ApJ) теперь продолжает эти важные отношения к отдаленным объектам.

"Мы были в состоянии расширить измерения массы к намного меньшим структурам, которые существовали намного ранее в истории Вселенной," говорит Алекси Леотод, Товарищ Чемберлена в Подразделении Физики Лаборатории Беркли и первый автор исследования ApJ. "Это помогает нам получить лучшее понимание отношений между нормальным вопросом в плотных структурах, которые замечены через яркость рентгена, и полную массу темной материи этих структур, как измерено слабым lensing." Leauthaud - член Центра Беркли Космологической Физики (BCCP) в Лаборатории Беркли и Беркли UC.

Масса как линза

Гравитационный lensing происходит, потому что масса изгибает место вокруг этого, сгибая пути, вдоль которых едут лучи света: чем более массовый (и ближе центру массы), тем более космические изгибы, и больше изображение отдаленного объекта перемещены и искажены. Таким образом измерение искажения, или "стрижет", является ключевым к измерению массы объекта lensing.

По крайней мере это так для "сильного" lensing. Очень массивный объект или коллекция объектов, как соседняя группа галактики и невидимая темная материя, которая прилагает это, искажают очевидную форму и положение ярких объектов вне этого так, что отдаленные изображения согнуты и могут даже быть опорочены в кольца вокруг группы переднего плана. Видимое искажение - прямая мера массы линзы и указывает на ее центр.

Слабый lensing работает тот же самый путь, за исключением того, что стрижение является слишком тонким, чтобы быть замеченным непосредственно. Большинство очевидного стрижет, не искажение вообще - у галактики есть своя собственная отличная форма, и мы часто видим это от угла, который заставляет это выглядеть удлиненным. Очевидный стригут, может также произойти из-за телескопа, датчика, или атмосферы.

Однако, слабые дополнительные искажения в коллекции отдаленных галактик могут быть вычислены статистически, и среднее число стрижет из-за lensing некоторого массивного объекта перед ними, может быть вычислен. Все же, чтобы вычислить массу линзы от среднего числа стригут, нужно знать ее центр.

"Проблема с обедней без пения, группы высокого красного смещения - то, что трудно определить, какая точная галактика находится в центре группы," говорит Леотод. "Это - то, где рентгены помогают. Яркость рентгена от группы галактики может использоваться, чтобы найти ее центр очень точно."

Горячая среда внутригруппы газа или плазмы, которая заполняет почти все группы галактики, испускает рентгены, делая эмиссию рентгена удобный способ найти отдаленные структуры галактики в вечернем небе. Но как эта помощь эмиссии находит центр массы в группе галактики? По той же самой причине, что темная материя является темной.

Почему темная материя является темной

Кроме через тяготение, темная материя не взаимодействует (или взаимодействует только очень слабо) с собой или с обычным вопросом. Действительно, именно поэтому это темно: чтобы излучать свет, это должно было бы взаимодействовать через электромагнитную силу.

С обычным вопросом электромагнетизм затрагивает все от химии до яркости к электрическим и магнитным полям и даже давлению звездных ветров; таким образом электромагнетизм играет важную роль в определении договоренности обычного вопроса, который часто нерегулярен.

Поскольку электромагнетизм не играет роли в распределении темной материи, однако, формы темной материи большие, гладкие, сферические глыбы, обычно заполняемые обычными галактиками плюс горячий газ или плазма, которую это заманило в ловушку и сохранило исключительно через тяготение.

"Газовая плотность следует за плотностью темной материи, и потому что эмиссия рентгена измеряет как квадрат газовой плотности, сияния света рентгена очень настоятельно в ядре структуры," объясняет Леотод. "Таким образом рентгены - превосходный способ определить центр даже отдаленной, нечеткой группы галактики."

"В основном, чем более массовый, тем больше высокой температуры," говорит Жан-Пол Неиб, ведущий автор бумаги ApJ от Лаборатории Астрофизики Марселя (БЕГСТВО) и Национальный Центр Франции Научного исследования (CNRS). "Но плазма - вопрос baryonic, который является только маленькой частью полной массы группы. В то время как x-радиация говорит Вам кое-что о полной массе, Вы должны получить вычисление только право."

Придавить измеряющее отношение между яркостью рентгена и полной массой, Leauthaud и ее коллегами сначала использовало яркость рентгена, чтобы идентифицировать центр массы 206 групп галактики и групп, включая многочисленные слабые, отдаленные группы, перечисленные в Космическом Обзоре Развития Космического телескопа Хабблa (КОСМОС), который является curated Ником Сковиллом Калифорнийского Института Технологии, автором бумаги ApJ.

Отображение рентгена прибыло из спутника XMM-Ньютона Европейского космического агентства и из спутника НАСА Chandra, основной исследователь которого - Мартин Эльвис Центра Гарварда-Smithsonian Астрофизики, автора бумаги ApJ. Эльвис говорит, "я никогда не думал, что наши данные Chandra позволят такое большое измерение. Фактически я был удивлен, когда Alexie сначала показал мне результаты. Это - настоящее проявление силы анализа, и действительно убедительный."

Анализ самого рентгена был выполнен Алексисом Финогуеновым Института Макса Планка Внеземной Физики и университета Мэриленда, одного из ведущих авторов бумаги. Зная центры массы от анализа эмиссии рентгена, исследователи могли теперь использовать слабый lensing, чтобы оценить полную массу отдаленных групп и групп с большей точностью чем когда-либо прежде.

Наконец они вычислили отношение массовой яркости для новых коллекций групп и групп и нашли, что это было совместимо с предыдущими отношениями, установленными обзорами намного более близких структур - включая некоторых изученных с сильным гравитационным lensing. В пределах измеримой неуверенности отношение следует за тем же самым прямым наклоном от соседних групп галактики до отдаленных; простой, последовательный фактор вычисления связывает группу или полную массу группы к ее яркости рентгена, или "baryonic трассирующий снаряд."

"Подтверждая отношение массовой яркости и расширяя это на высокие красные смещения," говорит Леотод, "мы сделали маленький шаг в правильном направлении к использованию слабого lensing как сильный инструмент, чтобы измерить развитие структуры."

В начале

Происхождение галактик может быть прослежено назад, чтобы пренебречь различиями в плотности горячей, подобной жидкости ранней вселенной; следы этих различий могут все еще быть замечены как мелкие различия температуры в космическом микроволновом фоне (CMB).

"Изменения, которые мы наблюдаем в древнем микроволновом небе, представляют отпечатки, которые развивались в течение долгого времени в космические подмости темной материи для галактик, которые мы видим сегодня," говорят директор BCCP и профессор физики Беркли Джордж Смут UC Подразделения Физики Лаборатории Беркли, который разделил 2006 Нобелевскую премию в Физике для того, чтобы измерить анизотропии в CMB и является одним из авторов бумаги ApJ. "Очень увлекательно, что мы можем фактически иметь размеры с гравитационным lensing, как темная материя разрушилась и развилась с начала."

Одна цель в изучении развития структуры состоит в том, чтобы понять темную материю непосредственно, и как это взаимодействует с обычным вопросом, который мы можем видеть. Другая цель состоит в том, чтобы узнать больше о темной энергии, таинственное кое-что, что выдвигает вопрос обособленно и заставляет Вселенную расширяться по ускоряющейся норме. Темная энергия постоянная, или действительно ли это динамично? Или действительно ли это нереально, просто иллюзия, вызванная ограничением в Общей теории относительности Эйнштейна?

Инструменты, обеспеченные расширенными отношениями массовой яркости, сделают много, чтобы ответить на эти вопросы о противостоящих ролях силы тяжести и темной энергии в однажды и будущая форма Вселенной.

---

Источник Истории:

Приспособленный от материалов, обеспеченных Беркли DOE/Lawrence Национальная Лаборатория.

---

Ссылка Журнала:

1. Leauthaud и др. Слабое Исследование Lensing Групп РЕНТГЕНА в Обзоре КОСМОСА: Форма и Развитие Отношения Массовой яркости. Астрофизический Журнал, 2010; 709 (1): 97 ДОИ: 10.1088/0004-637X/709/1/97

Связанные Истории

---

Поиск Наука Каждый День

---

Найдите с ключевым словом (ами):

Войдите в ключевое слово или фразу, чтобы искать архивы Сайенседэйли связанные темы новостей,
истории последних новостей, справочные статьи, видео науки, изображения, и книги.

Только В:

Эйнштейн Рингс