Eine 600 Millionen Lichtjahre lange kosmische Leere, neue Erkenntnisse zur dunklen Energie: Die Beziehung zwischen Leeremasse und Licht!

Der Dark Energy Survey (DES) nutzt Muster in der makroskopischen kosmischen Struktur, die in der räumlichen Verteilung von Milliarden von Galaxien sichtbar werden, um die Natur der „Dunkelenergie“ aufzudecken, der wahrscheinlichsten Ursache für die beschleunigte Expansion des Universums. Seit seinem Beginn im Jahr 2013 hat der Dark Energy Survey mithilfe einer 570-Millionen-Pixel-Digitalkamera und fünf Filtern, die Galaxienfarben zur Schätzung von Rotverschiebungsdistanzen liefern, mehr als 10 Prozent des Himmels kartiert. Astronomen am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics sind Teil eines Teams von über 400 Wissenschaftlern aus sieben Ländern, das die dunkle Energie erforscht und im vergangenen Jahr seinen ersten Datensatz veröffentlichte.

Kosmische Hohlräume nehmen einen großen Teil des Universums ein. Anders als Galaxienhaufen und andere dichte Strukturen, die stark von Gravitationseffekten beeinflusst werden, ganz zu schweigen von den Prozessen, die mit der Galaxienentstehung in Zusammenhang stehen, sind diese Hohlräume die Regionen mit der geringsten Dichte im Universum und weisen eine relativ einfache Dynamik auf, weshalb sie sich besonders gut für die Einschränkung kosmologischer Parameter eignen. Astronomen am Harvard Smithsonian Center for Astrophysics analysierten die ersten veröffentlichten Daten mit dem Ziel, die Beziehung zwischen Masse und Licht um kosmische Hohlräume herum zu beschreiben. Die Wissenschaftler verwendeten statistische Modelle, um die zweidimensionale und dreidimensionale Verteilung von Galaxien zu analysieren.

Letzteres wird durch Berechnung der Galaxienentfernungen aus photometrischen Rotverschiebungen erreicht. Die Studie ergab, dass die beiden Methoden gut miteinander und mit Modellen übereinstimmten, in denen die Physik der Hohlraumumgebung sehr einfach ist und die Menge des emittierten Lichts proportional zu seiner Masse ist. Hohlräume mit Durchmessern zwischen etwa 100 und 600 Millionen Lichtjahren sind genau richtig für Masse-Licht-Tests, bei denen das Verhältnis 10 % überschreitet. Bei zukünftigen, fortgeschritteneren Beobachtungen sollten verbesserte Statistiken nützliche neue Konsistenztests von Szenarien der Schwerkraft, der allgemeinen Relativitätstheorie und der dunklen Materie ermöglichen.

Wie hoch sind die Massen kosmischer Hohlräume und die Profile von Galaxien? In der neuen Studie verwendeten die Forscher zwei Methoden, um Lücken in einer einjährigen Stichprobe rotverschobener Galaxien aus der Dark Energy Survey (DES) zu extrahieren und so diese Frage zu beantworten. Verwenden Sie die 2D-Verteilung oder die 3D-Verteilung von Galaxien basierend auf der photometrischen Rotverschiebung, um Hohlräume zu identifizieren. Für das Massenprofil misst die Studie das tangentiale Scherprofil von Hintergrundgalaxien, um auf die überschüssige Oberflächenmassendichte zu schließen. Für beide Hohlraumproben lagen die gemessenen Signal-Rausch-Verhältnisse zwischen 10,7 und 14,0. Ihre dreidimensionale Dichteverteilung wurde durch Modellanpassung auf Basis einer N-Körper-Simulation abgeleitet und es wurde festgestellt, dass der Hohlraumradius im Bereich von 15–85 MPC eine gute Konsistenz aufwies.

Durch Vergleich mit Galaxiensilhouetten kann die Beziehung zwischen Masse und Licht auf dem 10-Prozent-Niveau getestet werden, dem bisher strengsten Test. Die Studie ergab außerdem, dass die Formen der beiden Konturen sehr ähnlich sind und die lineare Beziehung zwischen Masse und Licht sowohl innerhalb als auch außerhalb des Hohlraumradius konsistent ist. Wir validieren unsere Analyse mit Hilfe simulierter Sternkataloge und schätzen den Einfluss der photometrischen Rotverschiebungsunsicherheit auf die Messungen ab. Die Methodologie könnte für kosmologische Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Gravitationstests mithilfe von Hohlräumen. Dies ist besonders vielversprechend, wenn Gravitationslinsenprofile mit spektroskopischen Messungen der Leerraumdynamik durch rotverschobene Raumverzerrungen kombiniert werden.

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Boco Park | Forschung/Von: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics

Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

DOI: 10.1093/mnras/stz2805

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