使用X射线望远镜的研究表明 暗能量在空间和时间上均匀分布
当埃德温·哈勃在1920年代观测遥远的星系时,他做出了宇宙正在膨胀的突破性发现。然而,直到1998年,观察Ia型超新星的科学家才进一步发现,宇宙不仅在膨胀,而且已经开始加速膨胀的阶段。“为了解释这种加速,我们需要一个来源,”LMU的天体物理学家Joseph Mohr说。“我们将这种来源称为'暗能量',它提供了一种'反重力'来加速宇宙膨胀。
从科学上讲,暗能量和宇宙加速的存在令人惊讶,这表明我们目前对物理学的理解要么不完整,要么不正确。加速扩张的重要性在2011年得到强调,当时它的发现者获得了诺贝尔物理学奖。“与此同时,暗能量的性质已成为下一个诺贝尔奖获得者的问题,”莫尔说。
现在,来自国立成功大学的I-Non Chiu与LMU天体物理学家Matthias Klein,Sebastian Bocquet和Joe Mohr合作,发表了使用eROSITA X射线望远镜的暗能量的首次研究,该研究专注于星系团。这项工作发表在《皇家天文学会月刊》杂志上。
可能由暗能量引起的反重力将物体推离彼此,并抑制了由于引力的吸引力而形成的大型宇宙物体的形成。因此,暗能量会影响宇宙中最大物体形成的位置和方式,即总质量从1013到 1015太阳质量。“我们可以通过计算宇宙中形成的星系团的数量作为时间的函数,或者在观测世界中作为红移的函数来了解暗能量的本质,”克莱因解释说。
然而,星系团非常罕见且难以找到,需要使用世界上最灵敏的望远镜对大部分天空进行勘测。为此,由慕尼黑马克斯普朗克地外物理研究所(MPE)领导的eROSITA X射线太空望远镜于2019年启动,以进行全天空调查以搜索星系团。在eROSITA最终赤道深度调查(eFEDS)中,一个旨在验证随后的全天空调查性能的小型调查,发现了大约500个星系团。这是迄今为止最大的低质量星系团样本之一,跨越了过去10亿年的宇宙演化。
暗能量的能量密度在空间上似乎是均匀的,在时间上是恒定的
在他们的研究中,Chiu和他的同事在eFEDS数据之上使用了额外的数据集 - 来自Hyper Suprime-Cam Subaru战略计划的光学数据,该计划由日本和的天文学界以及普林斯顿大学领导。前LMU博士研究员I-Non Chiu和他的LMU同事使用这些数据来表征eDEFS中的星系团,并使用弱引力透镜过程测量它们的质量。这两个数据集的结合使得使用eROSITA探测到的星系团进行了第一次宇宙学研究。
他们的结果表明,通过数据和理论预测之间的比较,暗能量约占宇宙总能量密度的76%。此外,计算表明暗能量的能量密度在空间上似乎是均匀的,在时间上是恒定的。
“我们的结果也与其他独立方法非常吻合,例如以前的星系团研究以及使用弱引力透镜和宇宙微波背景的研究,”Bocquet说。“到目前为止,所有观测证据,包括eFEDS的最新结果,都表明暗能量可以用一个简单的常数来描述,通常被称为'宇宙学常数'。
“虽然目前暗能量限制的误差仍然比我们希望的要大,但这项研究采用了eFEDS的样本,毕竟占据的面积不到整个天空的1%,”莫尔说。因此,第一次分析为未来对全天空eROSITA样本以及其他星团样本的研究奠定了坚实的基础。
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