تلسکوپ اشعه ایکس نشان می دهد که انرژی تاریک به طور یکنواخت در فضا و زمان توزیع شده است

3 مه 2023 -توسط دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ

تصاویر اشعه ایکس (روی) و شبه رنگی نوری (زیر) از سه خوشه کم جرم شناسایی شده در داده های بررسی eFEDS. بالاترین خوشه انتقال به سرخ مربوط به زمانی است که جهان تقریباً 10 میلیارد سال جوانتر از امروز بود. کهکشان های خوشه ای در آن حالت به وضوح بسیار قرمزتر از کهکشان های دو خوشه دیگر هستند. اعتبار: eRosita

هنگامی که ادوین هابل در دهه 1920 کهکشان های دوردست را رصد کرد، به این کشف مهم دست یافت که جهان در حال انبساط است. با این حال، تا سال 1998 بود که دانشمندانی که ابرنواخترهای نوع Ia را رصد کردند، بیشتر کشف کردند که جهان نه تنها در حال انبساط است، بلکه فازی از انبساط شتابان را آغاز کرده است. جوزف مور، اخترفیزیکدان در LMU می گوید: «برای توضیح این شتاب، به یک منبع نیاز داریم. و ما از این منبع به عنوان “انرژی تاریک” یاد می کنیم که نوعی “ضد گرانش” را برای سرعت بخشیدن به انبساط کیهانی فراهم می کند.”

از نظر علمی، وجود انرژی تاریک و شتاب کیهانی یک شگفتی است و این نشان می دهد که درک فعلی ما از فیزیک یا ناقص است یا نادرست. اهمیت گسترش شتابان در سال 2011 زمانی که کاشفان آن جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند، مورد تاکید قرار گرفت. مور می گوید: «در همین حال، ماهیت انرژی تاریک به مشکل بعدی برنده جایزه نوبل تبدیل شده است.

اکنون I-Non Chiu از دانشگاه ملی چنگ کونگ در تایوان، با همکاری اخترفیزیکدانان LMU، ماتیاس کلاین، سباستین باکت و جو مور، اولین مطالعه انرژی تاریک را با استفاده از تلسکوپ پرتو ایکس eROSITA منتشر کرده است که بر خوشه های کهکشانی متمرکز است. . این کار در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.

ضد گرانش احتمالاً ناشی از انرژی تاریک، اجسام را از یکدیگر دور می کند و شکل گیری اجرام کیهانی بزرگ را که در غیر این صورت به دلیل نیروی جاذبه گرانش تشکیل می شدند، سرکوب می کند. به این ترتیب، انرژی تاریک بر مکان و نحوه شکل گیری بزرگترین اجرام کیهان تأثیر می گذارد – یعنی خوشه های کهکشانی با جرم کلی بین 1013 تا 1015 جرم خورشید. کلاین توضیح می‌دهد: «ما می‌توانیم با شمارش تعداد خوشه‌های کهکشانی تشکیل‌شده در کیهان به‌عنوان تابعی از زمان یا در جهان رصدی به‌عنوان تابعی از انتقال به سرخ، چیزهای زیادی درباره ماهیت انرژی تاریک بیاموزیم».

با این حال، خوشه‌های کهکشانی بسیار نادر و به سختی یافت می‌شوند و نیاز به بررسی بخش بزرگی از آسمان با استفاده از حساس‌ترین تلسکوپ‌های جهان دارند. برای این منظور، تلسکوپ فضایی اشعه ایکس eROSITA – پروژه ای که توسط موسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی (MPE) در مونیخ رهبری می شود – در سال 2019 به فضا پرتاب شد تا یک بررسی تمام آسمان برای جستجوی خوشه های کهکشانی انجام دهد. در بررسی نهایی عمق استوایی eROSITA (eFEDS)، یک بررسی کوچک که برای تأیید عملکرد بررسی بعدی در سراسر آسمان طراحی شده است، حدود 500 خوشه کهکشانی پیدا شد. این یکی از بزرگترین نمونه های خوشه های کهکشانی کم جرم تا به امروز را نشان می دهد و در 10 میلیارد سال گذشته تکامل کیهانی را در بر می گیرد.

چگالی انرژی انرژی تاریک در فضا یکنواخت و در زمان ثابت به نظر می رسد

چیو و همکارانش برای مطالعه خود از یک مجموعه داده اضافی در بالای داده های eFEDS استفاده کردند – داده های نوری از برنامه استراتژیک Hyper Suprime-Cam Subaru، که توسط جوامع نجومی ژاپن و تایوان و دانشگاه پرینستون رهبری می شود. محقق سابق دکترای LMU، I-Non Chiu و همکارانش در LMU از این داده ها برای توصیف خوشه های کهکشانی در eFEDS و اندازه گیری جرم آنها با استفاده از فرآیند عدسی گرانشی ضعیف استفاده کردند. ترکیب این دو مجموعه داده، اولین مطالعه کیهانی را با استفاده از خوشه‌های کهکشانی که توسط eROSITA شناسایی شده بود، فعال کرد.

نتایج آنها نشان می‌دهد که از طریق مقایسه بین داده‌ها و پیش‌بینی‌های نظری، انرژی تاریک حدود 76 درصد از چگالی انرژی کل در جهان را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، محاسبات نشان داد که چگالی انرژی انرژی تاریک در فضا یکنواخت و در زمان ثابت به نظر می رسد.

Bocquet می‌گوید: «نتایج ما همچنین با سایر رویکردهای مستقل، مانند مطالعات قبلی خوشه‌های کهکشانی و همچنین آن‌هایی که از عدسی‌های گرانشی ضعیف و پس‌زمینه مایکروویو کیهانی استفاده می‌کنند، همخوانی دارد. “تا کنون، تمام شواهد رصدی، از جمله آخرین نتایج از eFEDS، نشان می دهد که انرژی تاریک را می توان با یک ثابت ساده توصیف کرد، که معمولا به عنوان “ثابت کیهانی” نامیده می شود.”

Mohr می‌گوید: «اگرچه خطاهای فعلی در محدودیت‌های انرژی تاریک هنوز بزرگ‌تر از آن چیزی است که ما می‌خواهیم، این تحقیق از نمونه‌ای از eFEDS استفاده می‌کند که در نهایت منطقه‌ای کمتر از 1 درصد از آسمان کامل را اشغال می‌کند.» بنابراین، این اولین تجزیه و تحلیل، پایه محکمی برای مطالعات آینده در مورد نمونه eROSITA تمام آسمان و همچنین سایر نمونه‌های خوشه‌ای ایجاد کرده است.