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天文学家使用新数据来创建非凡的暗物质地图

时间:2021-11-04 16:55:02 来源:

图1:二维暗物质地图由弱透镜技术估算。暗物质集中在密集的团块中。我们可以识别巨大的暗物质晕(由橙子圈表示)。该P中所示的区域约为30平方度(这次总共观察到160度)。

多个研究所的研究团队,包括日本和东京大学的国家天文天文台,基于斯巴鲁望远镜上的超级超级凸轮基于新获得的成像数据发布了前所未有的广泛敏锐的暗物质地图。通过弱引力透镜技术估算了暗物质分布(图1,电影)。该团队位于暗物质晕圈的位置和镜头信号,并发现迹象表明,晕圈数量可能与最简单的宇宙模型建议的暗示不一致。这可能是一个新的线索,了解为什么宇宙扩张正在加速。


二维暗物质地图由弱透镜技术估算。暗物质集中在密集的团块中。(

加速宇宙的神秘面纱

在1930年代,埃德文哈勃及其同事发现了宇宙的扩张。对于大多数人认为宇宙在整个永恒中保持不变的人来说,这是一个很大的惊喜。需要有关的公式和时空几何形状,以便在数学上表达宇宙的扩展。巧合,爱因斯坦已经开发出这样一种公式。现代宇宙基于爱因斯坦的重力论。

有人认为,随着时间的推移(图2中的蓝色和红线)减速,因为宇宙(物质)的内容彼此吸引。但在1990年末,有人发现,自大约8千年前以来,扩张一直在加速。这是另一个大惊喜,赢得了在2011年发现扩张诺贝尔奖的天文学家。为了解释加速度,我们必须考虑排斥空间的宇宙中的一些新东西。

最简单的分辨率是将宇宙学常量放回爱因斯坦的等式中。宇宙常数最初是由爱因斯坦引入的,以实现静态宇宙,但在发现宇宙的扩张后被遗弃。标准宇宙模型(称为LCDM)包含宇宙常数。使用LCDM的扩展历史如图2中的绿线所示。LCDM得到了许多观察结果,但是导致加速仍然存在的问题。这是现代宇宙学中最大的问题之一。

图2:宇宙的扩张历史。蓝线展示了众所周知的宇宙炎的早期可能是什么。后来,这种宇宙模型失望,因为它预测了更高的增长率和更多的结构,与观察到的星系分布不一致。因此,提出了一种更浅的宇宙模型,其被红线所示。这种光线模型也解决了所谓的“年龄问题”,球簇的存在于大于蓝色轨道预测的宇宙年龄。但是蓝色和红线都与通胀宇宙发生冲突。后来发现宇宙的加速度时,由绿色轨道代表的LCDM作为最可能的模型采用。由于添加了宇宙学常数,LCDM与充气模型一致。

使用超级超级凸轮的广泛和深度成像调查

该团队正在使用超级Suprime-CAM(HSC)引领大规模的成像调查来探测加速宇宙的谜团。这里的关键是非常仔细地检查宇宙的扩张历史。

在早期的宇宙中,物质几乎分布但不完全均匀。密度略有波动,现在可以通过宇宙微波背景的温度波动观察到的密度。由于物质的相互引力吸引力,这些轻微的物质波动在宇宙时间上发化,最终宇宙的大规模结构变得可见。众所周知,该结构的生长速度强烈取决于宇宙如何扩大。例如,如果膨胀率很高,则难以合同,并且增长率被抑制。这意味着可以通过观察生长速度来探测扩展历史。

重要的是要注意,如果我们只观察可见的物品(星星和星系),那么不能概率增长速度。这是因为我们现在知道近80%的事情是一个称为暗物质的隐形物质。该团队采用了“弱成力镜头技术”。远距离星系的图像被前景暗物质分布产生的重力场略微扭曲。对系统失真的分析使我们能够重建前景暗物质分布。

这种技术是非常苛刻的,因为每个星系的变形通常非常微妙。需要精确的形状测量微弱和明显小的星系。这激发了团队开发超级突发凸轮。自2014年3月以来,他们一直在进行广泛的现场成像调查。在2018年2月的撰写,60%的调查已完成。

图3:通过弱重力透镜技术检测到具有高度显着的暗物质光环的位置的超高兴凸轮图像。这种光环如此巨大,其中一些背景(蓝色)星系在光环中心周围切实拉伸。这称为强镜头。

前所未有的宽阔和锋利的暗物质地图

在此版本中,该团队基于2016年4月(图1)所采取的成像数据提出了暗物质地图。这仅占计划最终地图的11%,但它已经前所未有。从来没有这样的锋利的暗物质地图,覆盖了这么广泛的面积。

成像观察通过五种不同的滤色器进行。通过组合这些颜色数据,可以对微弱背景星系(称为光度红移)的距离进行粗略估计。同时,当透镜直接位于遥远的星系和观察者之间时,镜头效率变得最突出。使用光度红移信息,星系被分组为红移箱。使用该分组的星系样本,使用断层方法重建暗物质分布,因此可以获得3D分布。图4示出了一个这样的示例。用于30平方度的数据用于重建0.1(〜1.3克轻的岁月)和1.0(〜8克轻的年)之间的红移范围。在1.0的红移,角度跨度对应于1.0g x 0.25克轻的岁月。这个3D暗物质群众地图也很新。这是第一次可以观察到随着时间的推移增加暗物质晕晕的数量。

图4:通过使用弱透镜技术与背景星系的红移估计相结合,通过断层扫描方法重建暗物质的3D分布的示例。此处提供所有3D地图。

暗物质光环计数是什么表明和未来的前景

该团队计算了镜头信号高于特定阈值的暗物质晕圈数。这是增长率最简单的测量之一。图5中的直方图(黑线)显示了观察到的透镜信号强度与观察到的晕孔的数量相比,而模型预测由实心红线示出。该模型基于标准LCDM模型,使用宇宙微波背景作为波动的种子观察。P表明,暗物质晕的数量计数小于LCDM的预期。这可能表明LCDM存在缺陷,我们可能必须考虑替代而不是简单的宇宙常数。

图5:暗物质Halo的数量与它们的镜头信号强度(黑直方图)和LCDM预期的数量计数以及Planck卫星的最新CMB观察。

然而,统计学显着性仍然有限于大误差杆(图5中的直方图上的垂直线)表达。没有确凿的证据证据拒绝液化力量,但许多天文学家都对测试LCDM感兴趣,因为差异可以是解锁加速宇宙的谜团的有用探针。需要进一步观察和分析来确认具有更高意义的差异。还有一些其他探针的生长速度,并且此类分析也进行(例如,星系形状的角度相关性)在团队中检查标准LCDM的有效性。

这些结果于2018年1月1日发表于日本天文学会出版物的HSC特别问题(Miyazaki等人。2018年,“来自超级Suprime-Cam Subaru战略计划S16A宽野块状映射的大型剪切选择群集”,PASJ,70,S27; Oguri等。2018年“三维宽域弱镜头群众地图”来自超级型凸轮副领域战略计划S16A数据“,PASJ,70,S26)。该项目由MEXT和JSP J1105892,JP15H0587,JP15H05893,J115K21733,JP117600,JP1117600,JP16H01089以及JP1101089以及JST的JPMJCR1414的助手支持。

出版物:Satoshi Miyazaki等,等,“来自超级Suprime-Cam Subaru战略计划S16a宽野群众地图的大型剪切群集,”日本天文学学会出版物,第70卷,2018年1月1日发行SP1,1月1日, S27,DOI:10.1093 / PASJ / PSX120


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