Космологи знайшли нову підтримку стандартної моделі космології завдяки аналізу структури скупчень галактик. Нещодавнє дослідження, проведене групою фізиків із Національної прискорювальної лабораторії SLAC Міністерства енергетики США та Стенфордського університету, дозволило провести детальні вимірювання рентгенівського випромінювання скупчень галактик. Ці вимірювання виявили внутрішній розподіл матерії в кластерах і, як наслідок, дали вченим можливість вивчити теорію лямбда-CDM, поточне переважаюче пояснення структури та еволюції Всесвіту.
Однак потрапити туди було непростим завданням.
Ось у чому біда: висновок про розподіл маси скупчень галактик на основі їх рентгенівського випромінювання є найнадійнішим, коли енергія в газі в скупченнях врівноважується силою тяжіння, яка утримує всю систему разом. Таким чином, вимірювання розподілу маси в реальних кластерах зосереджуються на тих, які перейшли в «розслаблений» стан. Тому, порівнюючи з теоретичними прогнозами, важливо взяти до уваги цей вибір розслаблених кластерів.
Пам’ятаючи про це, аспірантка Стенфордського факультету фізики Еліз Дарраг-Форд та її колеги досліджували кластери, створені за допомогою комп’ютерного моделювання в рамках проєкту «Три сотні». Спочатку вони обчислили, як має виглядати рентгенівське випромінювання для кожного змодельованого кластера. Потім вони застосували ті самі критерії спостереження, які використовувалися для ідентифікації розслаблених скупчень галактик із реальних даних до змодельованих зображень, щоб відвіяти набір.
Далі дослідники виміряли зв’язок між трьома властивостями – масою кластера, наскільки ця маса сконцентрована в центрі, і червоним зміщенням кластерів, яке відображає, скільки років був Всесвіт, коли випромінювалося світло, яке ми спостерігаємо, – для обох змодельованих проєктів Three Hundred Project. скупчень і 44 справжніх скупчень, спостережених за допомогою рентгенівської обсерваторії Чандра NASA.
Команда виявила узгоджені результати з обох наборів даних: загалом кластери з часом стали більш концентрованими в центрі, тоді як у будь-який момент часу менш масивні кластери є більш концентрованими в центрі, ніж більш масивні. «Виміряні зв’язки дуже добре узгоджуються між спостереженням і теорією, забезпечуючи сильну підтримку парадигми Лямбда-МЧР», — сказав Дарраг-Форд.
У майбутньому вчені сподіваються розширити розмір як спостережуваних, так і змодельованих наборів даних скупчення галактик у своєму аналізі. Підтримувані SLAC проєкти, які будуть доступні в Інтернеті в найближчі кілька років, включаючи Legacy Survey of Space and Time обсерваторії Rubin і експеримент космічного мікрохвильового фону четвертого покоління (CMB-S4), допоможуть ідентифікувати набагато більшу кількість скупчень галактик, хоча планувалося космічні місії, такі як супутник ATHENA Європейського космічного агентства, можуть виконувати рентгенівські вимірювання.
Космологи SLAC також працюють над розширенням розміру та точності комп’ютерного моделювання космосу, що робить можливим більш детальне вивчення скупчень галактик і встановлення суворих обмежень на альтернативні космологічні сценарії.