数百または数千の銀河団が、宇宙のタペストリーを形成する巨大な交差する物質のフィラメントの交差点に位置しています。重力によって各銀河団内のすべてがその中心に向かって引っ張られると、銀河間の空間を満たすガスが圧縮され、加熱されて X 線で輝きます。

2019 年に宇宙に打ち上げられた eRosita X 線望遠鏡は、XNUMX 年以上かけて空全体から高エネルギーの光を収集しました。このデータにより、科学者たちは、そのXNUMX分のXNUMXがこれまで知られていなかった何千もの銀河団の位置と大きさを地図に描くことができた。で 大量の書類 14 月 XNUMX 日にオンラインで投稿され、ジャーナルに掲載されます 天文学と天体物理学、科学者たちは、最初のクラスターのカタログを使用して、宇宙論の大きな疑問のいくつかを検討しました。

その結果には、宇宙の塊性に関する新たな推定値が含まれています。 最近よく議論されている特徴他の最近の測定で、それが予想外に滑らかであることが判明したように、そしてニュートリノと呼ばれる幽霊のような粒子の塊と、宇宙の膨張を加速している神秘的な反発エネルギーである暗黒エネルギーの重要な特性の塊であることが判明しました。

宇宙学者の支配的な宇宙モデルは、ダークエネルギーを宇宙そのもののエネルギーであると特定し、それが宇宙の内容の70%に固定されています。宇宙のさらに 5 分の XNUMX は目に見えない暗黒物質であり、XNUMX% は通常の物質と放射線です。すべては重力の下で進化しています。しかし、過去 XNUMX 年間のいくつかの観測は、この宇宙論の「標準モデル」に反するものであり、このモデルには、より深い理解を導く可能性のある要素や効果が欠けている可能性が高まっています。

対照的に、eRosita の観察は、あらゆる点で既存の状況を補強します。 「これは標準モデルの顕著な裏付けです」と述べました。 ドラガン・フテラー、ミシガン大学の宇宙学者ですが、この研究には関与していませんでした。

宇宙のX線撮影

ビッグバンの後、物質の粒子が互いに光り輝くにつれて、生まれたばかりの宇宙の微妙な密度の変化が徐々に顕著になってきました。より高密度の塊はより多くの物質を引き込み、より大きく成長しました。現在、銀河団は宇宙で重力に拘束された最大の構造物です。宇宙論者は、そのサイズと分布を決定することで、宇宙がどのように進化したかに関するモデルをテストできるようになります。

クラスターを見つけるために、eRosita チームは、点状の物体ではなく「本当にふわふわした」X 線源を探すようにコンピューター アルゴリズムを訓練したと述べています。 エスラ・ブルブル ドイツのガルヒングにあるマックス・プランク地球外物理学研究所の博士で、eRosita の星団観測を主導しました。彼女によると、彼らは候補のリストを、望遠鏡が検出した約5,259万個のX線源のうち、1個の銀河団の「極めて純粋なサンプル」にまで絞り込んだという。

次に、これらのクラスターの重さを把握する必要がありました。巨大な物体は時空の構造を曲げ、通過する光の方向を変え、光源が歪んで見えるようにします。これは重力レンズと呼ばれる現象です。 eRosita の科学者らは、5,259 個の銀河団の背後にあるより遠くにある銀河のレンズ効果に基づいて、いくつかの銀河団の質量を計算することができました。このように背景銀河が並んでいることがわかっているのは銀河団の XNUMX 分の XNUMX だけでしたが、科学者らは銀河団の質量が X 線の明るさと強い相関があることを発見しました。この強い相関関係により、明るさを利用して残りのクラスターの質量を推定できる可能性があります。

次に彼らは、その質量情報を進化する宇宙のコンピューター シミュレーションに入力して、宇宙パラメーターの値を推測しました。

かたまりの測定

興味深い数字の 1 つは、宇宙の「塊性係数」です。 S₈ S₈ 値がゼロの場合は、岩がまったく見えない平らな平原に似た、広大な宇宙の無を表します。アン S₈ 値が 1 に近いほど、深い谷の上にそびえる険しい山に対応します。科学者は推定した S₈ 宇宙マイクロ波背景放射 (CMB)、つまり初期の宇宙から来た古代の光の測定に基づいています。研究者らは、宇宙の初期密度変動から外挿して、現在の密度変動を予想しています。 S₈ 値は 0.83 になります。

だけど 最近の研究 今日の銀河を見ると、測定値は 8% ～ 10% 低く、宇宙が予想外に滑らかであることを示唆しています。この矛盾は宇宙学者の興味をそそるものであり、標準的な宇宙論モデルの亀裂を指摘している可能性があります。

しかし、eRosita チームはそのような矛盾を発見しませんでした。 「われわれの結果は基本的に、CMBによる非常に早い段階からの予測と一致していた」と同氏は述べた。 ヴィットリオ・ギラルディーニ、分析を主導した人。彼と彼の同僚は、 S₈ 0.85の。

ギラディーニ氏によると、一部のチームメンバーは失望したという。なぜなら、不足している成分をほのめかした方が、既知の理論と一致させるよりも興味深い見通しだったからである。

S₈ CMBの推定値よりも少し高い値があれば、他のチームによるさらなる分析が引き起こされる可能性が高いと述べた ゲリット・シェレンバーガー、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターで銀河団を研究する天体物理学者。 「おそらく、このテーマに関して我々が目にした最後の論文ではないと思います。」

ニュートリノの重さを量る

宇宙初期に大量のニュートリノが形成され、その数はフォトン（光の粒子）とほぼ同じだったという。 マリレナ・ロヴェルデ、ワシントン大学の宇宙学者。しかし物理学者は、ニュートリノは光子とは異なり、 小さな塊がなければなりません それは、3 つのタイプの間で変動するためです。粒子は他の素粒子と同じメカニズムで質量を獲得しないため、その質量はよく研究されている謎です。そして最初の疑問は、それらが実際にどれほど大きいかということです。

宇宙学者は、宇宙の構造に対するニュートリノの影響を研究することで、ニュートリノの質量を推定できます。ニュートリノはほぼ光の速度で飛び回り、他の物質に向かって光を当てるのではなく、そのまま通過します。したがって、宇宙におけるそれらの存在は、その塊状性を弱めました。 「ニュートリノに与える質量が大きくなるほど、その[大きな]スケール上でより滑らかな質量が増えます」とラヴァーデ氏は語った。

eRosita チームは、銀河団の測定と CMB の測定を組み合わせて、0.11 種類のニュートリノの質量の合計が XNUMX 電子ボルト (eV) 以下、つまり電子の質量の XNUMX 万分の XNUMX 未満であると推定しました。他のニュートリノ実験では、 下限を設定したこれは、0.06 つのニュートリノ質量の合計が少なくとも 0.1 eV (XNUMX つの質量値の可能な順序の場合) または XNUMX eV (順序が逆の場合) になる必要があることを示しています。上限と下限の間の距離が縮まるにつれて、科学者たちはニュートリノ質量の値の正確な特定に近づいています。 「私たちは実際、画期的な進歩を遂げる瀬戸際にいます」とブルブル氏は語った。その後のデータリリースでは、eRosita チームは逆順序ニュートリノ質量モデルを除外できるほど上限を引き下げる可能性があります。

注意が必要です。存在する可能性のあるその他の高速で軽量なパーティクル — など アクシオン、暗黒物質の候補として提案されている仮説の粒子は、構造形成に同じ影響を与えるだろう。そしてニュートリノの質量測定に誤差が生じることになる。

ダークエネルギーの追跡

銀河団の測定では、構造がどのように成長したかだけでなく、暗黒エネルギー（空間に浸透し、空間の膨張を加速させ、それによって物質を分離する反発エネルギーの薄い光沢）によってその成長がどのように妨げられたかも明らかにすることができる。

宇宙論の標準モデルが想定しているように、ダーク エネルギーが空間自体のエネルギーである場合、その密度は時空を通じて一定になります (そのため、それは宇宙定数と呼ばれることもあります)。しかし、時間の経過とともにその密度が低下している場合、それはまったく別のものになります。 「それが宇宙論が持つ最大の疑問です」とオーストリアのインスブルック大学の eRosita チームメンバーである Sebastian Grandis 氏は言います。

研究者らは、数千のクラスターのマップから、暗黒エネルギーが宇宙定数のプロファイルと一致することを発見しました。ただし、測定には10%の不確実性があるため、常にわずかに変化する暗黒エネルギー密度は依然として可能です。

当初、ロシアの宇宙船に搭載された eRosita は 2022 回の全天調査を実施する予定だったが、望遠鏡が XNUMX 回目の調査を開始してから数週間後の XNUMX 年 XNUMX 月に、ロシアがウクライナに侵攻した。これに応じて、eRositaを運営・運営する共同事業のドイツ側は望遠鏡をセーフモードにし、すべての科学観測を停止した。

これらの最初の論文は、最初の 1.5 か月のデータのみを基にしています。ドイツのグループは、追加のXNUMX年半の観測で約XNUMX倍の数の銀河団を発見すると予想しており、これによりこれらすべての宇宙論的パラメーターをより正確に特定できるようになるだろう。 「クラスター宇宙論は、CMB 以外の宇宙論の最も感度の高い探査機である可能性があります。」 アンヤ・フォン・デア・リンデン、ストーニーブルック大学の天体物理学者。

彼らの最初の結果は、比較的未開発の情報源の力を示しています。 「私たちは新参者のようなものです」とグランディス氏は語った。