Galaxienhaufen liefern neue Beweise für das Standardmodell der Kosmologie

Kosmologen haben neue Beweise für das Standardmodell der Kosmologie gefunden – diesmal anhand von Daten zur Struktur von Galaxienhaufen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Societyführte ein Team unter der Leitung von Physikern des SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums und der Stanford University detaillierte Messungen der Röntgenemission von Galaxienhaufen durch, die die Verteilung der Materie in ihnen enthüllten. Die Daten wiederum halfen den Wissenschaftlern, die vorherrschende Theorie über die Struktur und Entwicklung des Universums, bekannt als Lambda-CDM, zu testen.

Es war jedoch keine leichte Aufgabe, dorthin zu gelangen.

Hier ist das Problem: Der Rückschluss auf die Massenverteilung von Galaxienhaufen aus ihrer Röntgenemission ist am zuverlässigsten, wenn die Energie im Gas innerhalb der Haufen durch die Anziehungskraft der Schwerkraft ausgeglichen wird, die das gesamte System zusammenhält. Messungen der Massenverteilungen in realen Haufen konzentrieren sich daher auf solche, die sich in einem „entspannten“ Zustand eingependelt haben. Beim Vergleich mit theoretischen Vorhersagen ist es daher unerlässlich, diese Auswahl entspannter Cluster zu berücksichtigen.

Vor diesem Hintergrund untersuchten Elise Darragh-Ford, Doktorandin der Stanford-Physik, und ihre Kollegen computersimulierte Cluster, die vom The Three Hundred Project produziert wurden. Zuerst berechneten sie, wie die Röntgenemission für jeden simulierten Cluster aussehen sollte. Dann wendeten sie die gleichen Beobachtungskriterien an, die zur Identifizierung entspannter Galaxienhaufen aus realen Daten auf die simulierten Bilder verwendet wurden, um den Satz zu sieben.

Als nächstes maßen die Forscher die Beziehungen zwischen drei Eigenschaften – der Haufenmasse, wie zentral diese Masse konzentriert war, und der Rotverschiebung der Haufen, die widerspiegelt, wie alt das Universum war, als das von uns beobachtete Licht emittiert wurde – für beide das simulierte Three Hundred Project Sternhaufen und 44 echte Sternhaufen, die mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA beobachtet wurden.

Das Team fand konsistente Ergebnisse aus beiden Datensätzen: Insgesamt haben sich Cluster im Laufe der Zeit stärker zentral konzentriert, während weniger massive Cluster zu jedem Zeitpunkt zentral konzentrierter sind als massivere. „Die gemessenen Beziehungen stimmen sehr gut zwischen Beobachtung und Theorie überein und unterstützen stark das Lambda-CDM-Paradigma“, sagte Darragh-Ford.

In Zukunft hoffen die Wissenschaftler, die Größe sowohl der beobachteten als auch der simulierten Galaxienhaufen-Datensätze in ihrer Analyse erweitern zu können. SLAC-unterstützte Projekte, die in den nächsten Jahren online gehen, darunter der Legacy Survey of Space and Time des Rubin-Observatoriums und das kosmische Mikrowellen-Hintergrundexperiment der vierten Generation (CMB-S4), werden dazu beitragen, eine viel größere Anzahl von Galaxienhaufen zu identifizieren, obwohl dies geplant ist Weltraummissionen wie der ATHENA-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation können mit Röntgenmessungen nachfolgen. SLAC-Kosmologen arbeiten auch daran, die Größe und Genauigkeit von Computersimulationen des Kosmos zu erweitern, wodurch es möglich wird, Galaxienhaufen detaillierter zu untersuchen und alternativen kosmologischen Szenarien strenge Grenzen zu setzen.