Egy titokzatos erő nyomában az űrben – A tudósok új megvilágításba helyezték a sötét energiát

A sötét energia eROSITA-val végzett előzetes tanulmánya azt mutatja, hogy az egyenletesen oszlik el térben és időben.

Edwin Hubble távoli galaxisok megfigyelése az 1920-as években arra az úttörő következtetésre vezetett, hogy univerzumunk tágul. Az Ia típusú szupernóvákat tanulmányozó tudósok azonban csak 1998-ban tettek megdöbbentő felfedezést. És rájöttek, hogy nem csak az univerzum növekszik, hanem a tágulása is felgyorsul.

„A gyorsulás magyarázatához szükségünk van egy forrásra” – mondja Joe Mohr, az LMU asztrofizikusa. „Sötét energiának nevezzük ezt a forrást, amely egyfajta „antigravitációt” biztosít a kozmikus tágulás felgyorsítására.”

Tudományos szempontból a sötét energia és a kozmikus gyorsulás létezése meglepetés, és ez azt jelzi, hogy a fizikáról alkotott jelenlegi felfogásunk vagy hiányos vagy helytelen. Az exponenciális terjeszkedés jelentőségét 2011-ben hangsúlyozták, amikor felfedezőit fizikai Nobel-díjjal tüntették ki.

„Eközben a sötét energia természete a következő Nobel-díjas probléma lett” – mondja Mohr.

I-Non Chiu, a tajvani Cheng Kung Nemzeti Egyetem munkatársa, Matthias Klein, Sebastien Bouquet és Joe Mohr, az LMU asztrofizikusaival együttműködve közzétette az első tanulmányt a sötét energiáról az eROSITA röntgenteleszkóppal, amely a galaxishalmazokra összpontosít.

A sötét energia okozta antigravitáció eltolja egymástól a tárgyakat, és megállítja a nagy kozmikus testek kialakulását, amelyek egyébként a gravitációs vonzerő miatt keletkeznének. Mint ilyen, a sötét energia befolyásolja, hogy hol és hogyan keletkeznek az univerzum legnagyobb objektumai – 1013 és 1015 naptömeg közötti össztömegű galaxishalmazok.

„Sokat tanulhatunk a sötét energia természetéről, ha megszámoljuk az univerzumban kialakuló galaxishalmazok számát az idő függvényében – vagy a megfigyelhető univerzumban a vöröseltolódás függvényében” – magyarázza Klein.

A galaxishalmazok azonban rendkívül ritkák és nehezen megtalálhatók, ezért az égbolt nagy részét a világ legérzékenyebb teleszkópjaival kell átvizsgálni. Ebből a célból 2019-ben elindították az eROSITA röntgen-űrtávcsövet – a müncheni Max Planck Földönkívüli Fizikai Intézet (MPE) által vezetett projektet –, amely galaxishalmazok után kutatva vizsgálja az eget.

Az eROSITA Final Tropical Depth Survey (eFEDS) kis felmérésben, amely az All-Sky Subsequent Survey teljesítményét hivatott ellenőrizni, körülbelül 500 galaxishalmazt találtak. Ez a kis tömegű galaxishalmazok eddigi egyik legnagyobb mintája, és a kozmikus evolúció elmúlt 10 milliárd évét öleli fel.

Tanulmányukhoz Chiu és munkatársai az eFEDS-adatokon felül egy további adatkészletet használtak – a Subaru stratégiai Hyper Suprime-Cam programjának fotometriai adatait, amelyet a japán és tajvani csillagászati ​​közösségek vezetnek.[{” attribute=””>Princeton University.

The former LMU doctoral researcher I-Non Chiu and his LMU colleagues used this data to characterize the galaxy clusters in eFEDS and measure their masses using the process of weak gravitational lensing. The combination of the two datasets enabled the first cosmological study using galaxy clusters detected by eROSITA.

Their results show that, through comparison between the data and theoretical predictions, dark energy makes up around 76% of the total energy density in the universe. Moreover, the calculations indicated that the energy density of dark energy appears to be uniform in space and constant in time.

“Our results also agree well with other independent approaches, such as previous galaxy cluster studies as well as those using weak gravitational lensing and the cosmic microwave background,” says Bocquet. So far, all pieces of observational evidence, including the latest results from eFEDS, suggest that dark energy can be described by a simple constant, usually referred to as the ‘cosmological constant.’

“Although the current errors on the dark energy constraints are still larger than we would wish, this research employs a sample from eFEDS that after all occupies an area less than 1% of the full sky,” says Mohr. This first analysis has thus laid a solid foundation for future studies of the full-sky eROSITA sample as well as other cluster samples.

Reference: “Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial depth survey” by I-Non Chiu, Matthias Klein, Joseph Mohr and Sebastian Bocquet, 21 April 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad957