物理学家惊喜发现:内部光栅可以提供一种测量暗物质的新方法

模拟和实际图像的内部光刻光

在左边是一种模拟图像,其中在亮度的离散峰之间的漫射雾度下可见的模拟图像 - 星系。在观察中,如右侧所示,这种插入的光学元件在很大程度上淹没在噪音中。信用:左图:Jesse Golden-Marx;通过Illustristng模拟。正确的形象:暗能调查和愿源张

观察数据和复杂的计算机模拟的组合在半个世纪的天体物理学领域产生了进展。由美国能源部的Fermi国家加速实验室主办的黑暗能源调查发表了一阵新的结果,以叫出来的内部灯或ICL,在星系集群内发现了一种微弱的光。

第一个新的精密ICL测量突发出现在发布的纸质中天体物理学杂志2019年4月。另一个似乎最近出现了皇家天文社会的每月通知。令人惊讶的是后者的发现,DES物理学家发现了新的证据,即ICL可能提供一种衡量称为暗物质的神秘物质的新方法。

ICL的来源似乎是流氓恒星,那些不会引起任何Galaxy的人。ICL长期被怀疑可能是星系集群的重要组成部分,但它的微弱使得难以衡量。没有人知道它有多少或者在多大程度上遍布了星系簇的程度。

“观察开始,我们确认薄膜光线是一个非常好的暗物质的径向示踪剂。这意味着在晶粒光线相对亮的地方,暗物质相对密集,“费尔米尔科学家愿华张某称这两项研究。“只是测量ICL本身非常令人兴奋。暗物质部分是奖金。“

虽然看不见,暗物质占宇宙中的大多数物质。什么是暗物质由常产奥秘之一成为现代宇宙学的主要奥秘之一。科学家们只知道它与由质子,中子和电子组成的正常物质不同,所以它的统治性的正常品质。

但ICL,而不是暗物质,最初是在研究团队的议程上。大多数天体物理学家在星系集群的中心测量内部光栅,在那里它是最亮,最丰富的。

“我们远离银河系集群的中心,光线真的很晕,”张说。“而且远离中心,我们走了,测量越难变成。”

尽管如此,Des合作者设法延伸了ICL最径向扩展的测量。

该团队使用了弱重力透镜来比较ICL的径向分布 - 它如何在群集中心变为距离 - 到星系集群质量的径向分布。弱镜片是一种测量星系或簇质量的深色敏感方法。当前景星或簇的重力弯曲光从更远的星系弯曲时发生,扭曲其表观形状。

事实证明,ICL ICL反映了星系集群的总可见质量的分布,并且可能是看不见的暗物质的分布。

“我们没想到在这些径向分布之间找到如此紧张的联系,但我们已经做到了,”新论文的主要作者科学家哈菲尔斯森Sampaio-Santos说。

与模拟比较观察

为了获得更多洞察力,该团队使用了复杂的计算机模拟来研究ICL和暗物质之间的关系。他们发现,模拟中两种现象之间的径向谱系与观察数据不同意。在模拟中,“ICL径向配置文件不是追踪暗物质的最佳组成部分,”Sampaio-Santos说,他在巴西里约热内卢国家天文台。

张某指出,它太快地讲述了造成了观察和模拟之间的冲突。

“如果模拟没有正确,它可能意味着模拟的内部光刻光在比观察结果略微不同的时间内产生。模拟的明星没有足够的时间来徘徊并开始追踪暗物质,“她说。

SAMPAIO-SANTOS指出,进一步的ICL研究可以屈服于地区内部发生的动态的洞察力,包括引力释放其一些星星的相互作用,让他们徘徊。

他说:“我打算探索腔内光线和放松的影响,”或蔓延出来。例如,一些群集已合并在一起。与放宽的集群相比,这些合并的群集应具有不同的ICL属性。

增强嘈杂数据集中的信号

该团队测量的ICL比Des科学家正常尝试的速度大约一百至一千次。这意味着该团队必须在信号中处理大量噪音和污染。

张说,壮举的技术方面是挑战,“但是因为我们有很多来自黑暗能量调查的数据,我们能够消除大量噪音来做这种测量。这是统计平均值。“

Astrophysicists通常使用少数银河系集群进行ICL测量。

“这是获取个人系统信息的好方法,”张说。

为了获得更大的画面并击败噪音,DES团队在第一项研究中统计平均约300个星系集群,第二个研究中有超过500个簇。所有这些都是来自地球的几十亿光年。

从每个群集的噪声缩小信号需要大量数据,这正是des生成的。2019年初,DES完成了六年在南部天空中观察数十亿距离星系的使命公开发布其第二个数据发布1月中旬。

ICL测量探针群,距离地球高达33亿光年。在未来的研究中,张想研究ICL的红移演进 - 如何随着宇宙时间变化。

“我的梦想是一路越来越多的红移 - 10亿光年,”张说。“研究说,这是ICL刚刚开始发展的时候。”

远远将使科学家能够随着时间的推移看到ICL建筑。

“但这真的很难,因为它是我们最新测量的距离的三倍,所以一切都将在那里非常淡淡,”她说。

参考:

“漫反射器是一个良好的星系聚类物质分布的良好示踪剂吗?”by H Sampaio-Santos, Y Zhang, R L C Ogando, T Shin, Jesse B Golden-Marx, B Yanny, K Herner, M Hilton, A Choi, M Gatti, D Gruen, B Hoyle, M M Rau, J De Vicente, J Zuntz, T M C Abbott, M Aguena, S Allam, J Annis, S Avila, E Bertin, D Brooks, D L Burke, M Carrasco Kind, J Carretero, C Chang, M Costanzi, L N da Costa, H T Diehl, P Doel, S Everett, A E Evrard, B Flaugher, P Fosalba, J Frieman, J García-Bellido, E Gaztanaga, D W Gerdes, R A Gruendl, J Gschwend, G Gutierrez, S R Hinton, D L Hollowood, K Honscheid, D J James, M Jarvis, T Jeltema, K Kuehn, N Kuropatkin, O Lahav, M A G Maia, M March, J L Marshall, R Miquel, A Palmese, F Paz-Chinchón, A A Plazas, E Sanchez, B Santiago, V Scarpine, M Schubnell, M Smith, E Suchyta, G Tarle, D L Tucker, T N Varga, R H Wechsler, (DES Collaboration), 26 November 2020,皇家天文社会的每月通知
DOI:10.1093 / mnras / staa3680

“Dark Energy Survey Year 1 Results: Detection of Intracluster Light at Redshift ~ 0.25” by Y. Zhang, B. Yanny, A. Palmese, D. Gruen, C. To, E. S. Rykoff, Y. Leung, C. Collins, M. Hilton, T. M. C. Abbott, J. Annis, S. Avila, E. Bertin, D. Brooks, D. L. Burke, A. Carnero Rosell, M. Carrasco Kind, J. Carretero, C. E. Cunha, C. B. D’Andrea, L. N. da Costa, J. De Vicente, S. Desai, H. T. Diehl, J. P. Dietrich, P. Doel, A. Drlica-Wagner, T. F. Eifler, A. E. Evrard, B. Flaugher, P. Fosalba, J. Frieman, J. García-Bellido, E. Gaztanaga, D. W. Gerdes, R. A. Gruendl, J. Gschwend, G. Gutierrez, W. G. Hartley, D. L. Hollowood, K. Honscheid, B. Hoyle, D. J. James, T. Jeltema, K. Kuehn, N. Kuropatkin, T. S. Li, M. Lima, M. A. G. Maia, M. March, J. L. Marshall, P. Melchior, F. Menanteau, C. J. Miller, R. Miquel, J. J. Mohr, R. L. C. Ogando, A. A. Plazas, A. K. Romer, E. Sanchez, V. Scarpine, M. Schubnell, S. Serrano, I. Sevilla-Noarbe, M. Smith, M. Soares-Santos, F. Sobreira, E. Suchyta, M. E. C. Swanson, G. Tarle, D. Thomas, W. Wester (DES Collaboration), 4 April 2019,天体物理学杂志
DOI:10.3847 / 1538-4357 / AB0DFD

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