Yüzlerce veya binlerce galaksiden oluşan kümeler, kozmosun dokusunu oluşturan devasa, çapraz madde iplikçiklerinin kesişme noktalarında bulunur. Yerçekimi her gökada kümesindeki her şeyi merkezine doğru çektiğinden, gökadalar arasındaki boşluğu dolduran gaz sıkıştırılarak ısınmasına ve X-ışınlarında parlamasına neden olur.

2019 yılında uzaya fırlatılan eRosita X-ışını teleskopu, iki yıldan fazla bir süre boyunca gökyüzünün her yerinden yüksek enerjili ışık sinyallerini topladı. Veriler, bilim adamlarının, üçte ikisi daha önce bilinmeyen binlerce gökada kümesinin konumlarını ve boyutlarını haritalandırmasına olanak tanıdı. İçinde bir sürü kağıt 14 Şubat'ta çevrimiçi olarak yayınlandı ve dergide görünecek Astronomi ve AstrofizikBilim adamları, kozmolojinin bazı büyük sorularına ağırlık vermek için ilk küme kataloglarını kullandılar.

Sonuçlar, evrenin yığınaklığına ilişkin yeni tahminleri içeriyor. son zamanların çok tartışılan bir özelliğiDiğer son ölçümler bunun beklenmedik derecede pürüzsüz olduğunu ve nötrino adı verilen hayaletimsi parçacık kütlelerinin ve evrenin genişlemesini hızlandıran karanlık enerjinin, gizemli itici enerjinin önemli bir özelliğinin olduğunu ortaya çıkardı.

Kozmologların hakim evren modeli, karanlık enerjiyi uzayın enerjisi olarak tanımlıyor ve onu evrenin içeriğinin %70'ine sabitliyor. Evrenin dörtte biri de görünmez karanlık maddeden, %5'i ise sıradan madde ve radyasyondan oluşuyor. Bunların hepsi yerçekimi kuvveti altında gelişiyor. Ancak son on yılda yapılan bazı gözlemler kozmolojinin bu "standart modeline" meydan okuyor ve modelde daha derin bir anlayışa yol açabilecek bileşenlerin veya etkilerin eksik olduğu olasılığını artırıyor.

eRosita gözlemleri ise tam tersine, her açıdan mevcut tabloyu destekliyor. "Bu, standart modelin kayda değer bir onayıdır" dedi Dragan HutererMichigan Üniversitesi'nden bir kozmolog olan ve bu çalışmaya dahil olmayan.

Evrenin Röntgenini Çekmek

Büyük Patlama'dan sonra, yeni doğmuş evrendeki hafif yoğunluk değişimleri, madde parçacıkları birbirinin üzerine yığıldıkça giderek daha belirgin hale geldi. Daha yoğun kümeler daha fazla malzemeyi çekti ve büyüdü. Günümüzde galaksi kümeleri evrendeki yerçekimsel olarak birbirine bağlı en büyük yapılardır. Boyutlarını ve dağılımlarını belirlemek, kozmologların evrenin nasıl evrimleştiğine ilişkin modellerini test etmelerine olanak tanır.

eRosita ekibi, kümeleri bulmak için, nokta benzeri nesnelerin aksine "gerçekten kabarık" X-ışını kaynaklarını tarayacak bir bilgisayar algoritması eğitti. Esra Bülbül eRosita'nın küme gözlemlerine öncülük eden, Garching, Almanya'daki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü'nden Dr. Adayların listesini teleskobun tespit ettiği yaklaşık 5,259 milyon X-ışını kaynağından 1 galaksi kümesinden oluşan "son derece saf bir örneğe" indirdiler.

Daha sonra bu kümelerin ne kadar ağır olduğunu bulmaları gerekiyordu. Devasa nesneler uzay-zaman dokusunu bükerek geçen ışığın yönünü değiştirir ve ışık kaynağının çarpık görünmesine neden olur; bu olaya yerçekimsel merceklenme adı verilir. eRosita bilim insanları, 5,259 kümeden bazılarının kütlelerini, arkalarında oturan daha uzak galaksilerin merceklerine dayanarak hesaplayabildiler. Kümelerin yalnızca üçte birinde bu şekilde dizilmiş arka plan gökadaları biliniyorken, bilim insanları küme kütlesinin X-ışınlarının parlaklığıyla güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu buldu. Bu güçlü korelasyon nedeniyle, kalan kümelerin kütlelerini tahmin etmek için parlaklığı kullanabilirler.

Daha sonra kozmik parametrelerin değerlerini çıkarmak için kütle bilgisini gelişen kozmosun bilgisayar simülasyonlarına aktardılar.

Topaklanmayı Ölçmek

İlgi çekici konulardan biri evrenin "topaklanma faktörü"dür. S₈. Bir S₈ Sıfır değeri, görünürde hiçbir kayanın bulunmadığı düz bir ovaya benzer şekilde, devasa bir kozmik hiçliği temsil eder. Bir S₈ 1'e yakın değer, derin vadilerin üzerinde beliren dik dağlara karşılık gelir. Bilim insanları tahmin etti S₈ kozmik mikrodalga arka plan (CMB) ölçümlerine dayanmaktadır; yani erken evrenden gelen antik ışık. Araştırmacılar, kozmosun başlangıçtaki yoğunluk değişimlerinden yola çıkarak mevcut durumu bekliyorlar. S₈ değeri 0.83 olacaktır.

Fakat son çalışmalar Bugün galaksilere baktığımızda %8 ila %10 daha düşük değerler ölçtük, bu da evrenin beklenmedik derecede pürüzsüz olduğunu ima ediyor. Bu tutarsızlık kozmologların ilgisini çekti ve potansiyel olarak standart kozmolojik modeldeki çatlaklara işaret etti.

Ancak eRosita ekibi böyle bir tutarsızlık bulamadı. "Sonucumuz temel olarak SPK'nın çok erken dönemdeki öngörüsüyle aynı doğrultudaydı" dedi. Vittorio GhirardiniAnalizi yöneten kişi. O ve meslektaşları bir hesapladılar. S₈ 0.85 evi.

Ghirardini, bazı ekip üyelerinin hayal kırıklığına uğradığını, çünkü eksik malzemelerin ima edilmesinin bilinen teoriyi eşleştirmekten daha heyecan verici olduğunu söyledi.

S₈ Değerin SPK tahmininden biraz daha yüksek olmasının muhtemelen diğer ekiplerin daha fazla analizini tetikleyeceğini söyledi Gerrit SchellenbergerHarvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde galaksi kümelerini inceleyen bir astrofizikçi. "Muhtemelen bu konuyla ilgili gördüğümüz son makalenin bu olmadığına inanıyorum."

Nötrinoların Tartılması

Erken evrende neredeyse fotonlar (ışık parçacıkları) kadar çok sayıda nötrino oluştuğunu söyledi Marilena LoverdeWashington Üniversitesi'nden bir kozmolog. Ancak fizikçiler fotonlardan farklı olarak nötrinoların küçük kütlelere sahip olmalı üç tür arasında salınmalarından dolayı. Parçacıklar diğer temel parçacıklarla aynı mekanizma yoluyla kütle kazanmazlar, dolayısıyla kütleleri üzerinde çokça çalışılan bir gizemdir. Ve ilk soru gerçekte ne kadar büyük olduklarıdır.

Kozmologlar nötrinoların kütlesini, onların evrenin yapısı üzerindeki etkilerini inceleyerek tahmin edebilirler. Nötrinolar neredeyse ışık hızıyla hareket eder ve diğer maddelerin üzerine düşmek yerine doğrudan içinden geçerler. Yani evrendeki varlıkları onun topaklığını hafifletti. Loverde, "Nötrinolara ne kadar çok kütle koyarsanız, bu [büyük] ölçeklerde pürüzsüz olan kütle o kadar fazla olur" dedi.

Galaksi kümesi ölçümlerini CMB ölçümleriyle birleştiren eRosita ekibi, üç tip nötrinoların kütlelerinin toplamının 0.11 elektron volttan (eV) fazla olmadığını veya bir elektronun kütlesinin milyonda birinden az olmadığını tahmin etti. Diğer nötrino deneyleri bir alt sınır belirledi, üç nötrino kütlesinin toplamının en az 0.06 eV'ye (üç kütle değerinin olası bir sıralaması için) veya 0.1 eV'ye (ters sıra için) kadar olması gerektiğini gösterir. Üst ve alt sınırlar arasındaki mesafe küçüldükçe, bilim insanları nötrino kütlesinin değerini tam olarak belirlemeye yaklaşıyor. Bülbül, "Aslında bir atılım yapmanın eşiğindeyiz" dedi. Sonraki veri yayınlarında, eRosita ekibi ters sıralı nötrino kütle modellerini ekarte edecek kadar üst sınırı aşağı çekebilir.

Dikkat garantilidir. Var olabilecek diğer hızlı, hafif parçacıklar - örneğin eksenlerKaranlık madde adayı olarak önerilen varsayımsal parçacıklar yapı oluşumu üzerinde aynı etkilere sahip olacaktır. Ve nötrino kütle ölçümünde hatalara neden olacaklardı.

Karanlık Enerjinin Takibi

Galaksi kümesi ölçümleri, yalnızca yapıların nasıl büyüdüğünü değil, aynı zamanda büyümelerinin karanlık enerji (uzaya nüfuz eden, uzayın genişlemesini hızlandıran ve dolayısıyla maddeyi ayıran itici enerjinin ince sırları) tarafından nasıl engellendiğini de ortaya çıkarabilir.

Eğer karanlık enerji, standart kozmoloji modelinin varsaydığı gibi, uzayın enerjisi ise, o zaman uzay ve zaman boyunca sabit bir yoğunluğa sahip olacaktır (bu yüzden bazen kozmolojik sabit olarak anılır). Ancak yoğunluğu zamanla düşüyorsa, o zaman bu tamamen başka bir şeydir. Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi'nden eRosita ekibi üyesi Sebastian Grandis, "Bu kozmolojinin en büyük sorusu" dedi.

Araştırmacılar, binlerce kümeden oluşan haritalarından, karanlık enerjinin kozmolojik bir sabitin profiliyle eşleştiğini, ancak ölçümlerinin %10 belirsizliğe sahip olduğunu, dolayısıyla çok az değişen bir karanlık enerji yoğunluğunun mümkün olduğunu buldular.

Başlangıçta, bir Rus uzay aracında bulunan eRosita'nın sekiz tam gökyüzü araştırması yapması planlanıyordu, ancak Şubat 2022'de, teleskopun beşinci araştırmasına başlamasından haftalar sonra Rusya, Ukrayna'yı işgal etti. Buna karşılık, eRosita'yı işleten ve işleten işbirliğinin Alman tarafı, teleskopu güvenli moda alarak tüm bilimsel gözlemleri durdurdu.

Bu ilk makaleler yalnızca ilk altı aylık verilerden alınmıştır. Alman grup, ilave 1.5 yıllık gözlemlerde yaklaşık dört kat daha fazla gökada kümesi bulmayı bekliyor; bu, tüm bu kozmolojik parametrelerin daha doğru bir şekilde belirlenmesine olanak sağlayacak. "Küme kozmolojisi SPK dışındaki kozmolojinin en hassas araştırması olabilir" dedi Anja von der LindenStony Brook Üniversitesi'nden astrofizikçi.

İlk sonuçları, nispeten kullanılmayan bir bilgi kaynağının gücünü gösteriyor. Grandis, "Biz bir nevi mahallenin yeni çocuğuyuz" dedi.