งานสำรวจในช่วงรังสีเอกซ์ต่องานเอกภพวิทยา
ผลสรุปใหม่จากหอสังเกตการณ์พลังงานสูงตัวใหม่เอี่ยมกำลังเขย่าแขนงเอกภพวิทยา โดยเฉพาะ การศึกษากระจุกกาแลคซีมากกว่าห้าพันแห่ง ได้ผ่อนคลายความไม่ลงรอยในแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน
ทีมเบื้องหลังหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์ e ROSITA เพิ่งเผยแพร่ชุดข้อมูลแหล่งพลังงานสูงกว่า 9 แสนแห่ง ซึ่งเป็นบัญชีรายชื่อแหล่งรังสีเอกซ์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยเผยแพร่มา กลุ่มความร่วมมือยังเผยแพร่รายงานทางวิทยาศาสตร์ชุดใหม่ที่ครอบคลุมหัวข้อที่กว้างขวาง ซึ่งรวมถึงการศึกษาหนึ่งที่นำโดย Vittorio Ghirardini จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก เจอรมนี ที่เจาะเข้าสู่วิวัฒนาการของโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในเอกภพเหล่านี้
ทีมได้ตรวจสอบมวลของกระจุกกาแลคซี 5259 แห่งที่สำรวจโดย e ROSITA นำเสนอเป็นรายงานใน Astronomy & Astrophysics พวกเขาสำรวจว่ามวลเหล่านั้นเปลี่ยนแปลงตามเวลาไปอย่างไร เพื่อระบุตัวแปรต่างๆ ในแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน ซึ่งก็มีอีกชื่อว่า สสารมืดเย็นแลมป์ดา(Lambda Cold Dark Matter) อธิบายวิวัฒนาการของเอกภพในแง่ขององค์ประกอบหลัก 3 อย่างคือ พลังงานมืด(ที่แทนด้วย แลมป์ดา), สสารมืดเย็น และสสารปกติ
content of the Universe
นักวิจัยพิจารณาว่ากระจุกแต่ละแห่งกำลังบิดเลี้ยวแสงได้มากแค่ไหน และใช้การบิดนี้ประเมินว่ามีมวลในแต่ละกระจุกมากแค่ไหน และจากนั้นก็รวมมวลทั้งหมดเข้าด้วยกัน Cullan Howlett จากมหาวิทยาลัยควีนสแลนด์ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับกลุ่มความร่วมมือนี้ สรุปให้ฟัง
วิธีการนี้แตกต่างจากการศึกษาก่อนหน้า ซึ่งใช้เลนส์ความโน้มถ่วงแบบอ่อน(weak gravitational lensing) เทคนิคนี้เกี่ยวกับการพิจารณาว่ากระจุกแต่ละแห่งบิดแสงจากกาแลคซีที่พื้นหลังได้มาแค่ไหน ซึ่งจะทำให้รูปร่างกาแลคซีเหล่านั้นบิดเบี้ยวไปด้วย มวลของกระจุกคำนวณจากการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงรูปร่างในทางสถิติ การศึกษาบอกว่า การตามรอยสสารที่เปล่งรังสีเอกซ์นั้นจะเป็นวิธีการที่ตรวจสอบมวลกระจุกได้เที่ยงตรงมากกว่าเลนส์แบบอ่อน ซึ่งมีความผิดพลาดในระบบอยู่ด้วย
ทีมสนใจว่าความหนาแน่นของสสารกระจายในโครงสร้างขนาดใหญ่อย่างไร นักดาราศาสตร์ระบุการกระจายนี้เป็นตัวแปรความขรุขระ(clumpinesss) ที่เรียกว่า sigma-8(S8) ยิ่ง S8 มีค่าสูง ก็บ่งชี้ถึงเอกภพที่มีสสารกระจุกตัวด้วยกันมากขึ้น ในขณะที่ S8 ที่ต่ำก็หมายถึงสสารกระจัดกระจาย ก่อนหน้านี้ กาแลคซีในเอกภพยุคต้นดูเหมือนจะกระจุกตัวแตกต่างไปเมื่อเทียบกับเอกภพท้องถิ่น ความไม่สอดคล้องนี้ถูกเรียกว่า ความไม่ลงรอยเอสแปด(S8 tension) แต่ e ROSITA ไม่พบเห็นสัญญาณนี้
Ghirardini ซึ่งนำการศึกษาเอกภพวิทยาโพสในเวบก่อนตีพิมพ์ arXiv บอกว่า e ROSITA บอกเราว่าเอกภพมีพฤติกรรมตามที่คาดไว้ตลอดความเป็นมาของเอกภพ ไม่มีความไม่ลงรอยกับ CMB ซึ่งนักเอกภพวิทยาน่าจะผ่อนคลายความเครียดได้บ้าง
ภาพแสดงบัญชีกระจุกกาแลคซีโดย e ROSITA ในการสำรวจทั่วท้องฟ้าครั้งแรกของมัน ภาพแสดงตำแหน่งกระจุก สีของกระจุกบ่งชี้เรดชิพท์หรือระยะทาง(ย้อนเวลากลับไปจนถึงราว 9 พันล้านปี) ขนาดของวงกลมบอกถึงความสว่างรังสีเอกซ์ปรากฏของกระจุก
น่าสนใจที่เราไม่เห็นร่องรอย S8 tension เลย Esra Bulbul จากสถาบันมักซ์พลังค์ กล่าว หรือความแตกต่างใดๆ จากแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน, แบบจำลองสสารมืดเย็นที่มีพลังงานมืดเป็นองค์ประกอบ(LCDM) โดยรวมแล้ว e ROSITA เป็นยานเพียงลำเดียวในเอกภพค่อนข้างใกล้ที่ไม่ได้รายงานความไม่ลงรอยนี้
การศึกษายังระบุค่าตัวแปรอื่นๆ ใน LCDM ที่ชัดเจนมากขึ้น เช่น สมการสถานะของพลังงานมืด w ซึ่งพบว่าอยู่ระหว่าง -1 ถึง -1.24 ระดับ w บอกถึงธรรมชาติของพลังงานมืด และค่าที่แตกต่างกันเพียงเล็กน้อยก็มีผลอย่างมากต่อชะตากรรมของเอกภพ
Bulbul บอกว่านี่เป็นการตรวจสอบ w ที่แม่นยำที่สุดเท่าที่ยานสำรวจเอกภพวิทยาลำเดียวเคยทำมา ค่านี้สอดคล้องกับผลสรุปล่าสุดจากการสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey) โดยอยู่ภายในช่วงความคลาดเคลื่อนของทั้งสองงาน
ส่วนสำคัญในการวิเคราะห์นี้ก็คือการตรวจสอบปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงแบบอ่อน(weak gravitational lensing) ผลที่เกิดขึ้นอธิบายการรบกวนที่ฝังอยู่ในรูปร่างกาแลคซีห่างไกลที่สำรวจ เมื่อแสงของพวกมันเดินทางผ่านสนามแรงโน้มถ่วงของโครงสร้างที่พื้นหน้า e ROSITA ได้ทำการตรวจสอบโดยรวมข้อมูลจากการสำรวจเลนส์แบบอ่อนอีก 3 งานคือ DES, HSC(Hyper Suprime Cam Survey) และ KIDS(Kilo-Degree Survey)
กราฟแสดงองค์ประกอบความหนาแน่นมวลโดยรวมในเอกภพ กับตัวแปร S8 จากการสำรวจ Erosita เป็นสีส้ม ค่าจาก CMB โดยดาวเทียมพลังค์เป็นสีฟ้า จากการสำรวจเลนส์แบบอ่อน(DES+KIDS) เป็นสีเทา และจากการนับจำนวนกระจุก(SPT) เป็นสีดำ
การตรวจสอบเหล่านี้เทียบมาตรฐาน(calibrate) ความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณรังสีเอกซ์จาก e ROSITA กับมวลของกระจุก ซึ่งช่วยให้เปรียบเทียบกับการทำนายจากแบบจำลองเอกภพวิทยาได้ ซึ่งได้พบว่าการสำรวจปรากฏการณ์เลนส์ทั้งสามงาน ให้ผลมวลที่สอดคล้องกับผลมวลกระจุก e ROSITA เป็นการทดสอบความสอดคล้องของการวิเคราะห์โดยรวมซึ่งสำคัญมาก
การศึกษาทางเอกภพวิทยาครั้งสำคัญนี้เป็นเพียงหนึ่งในเกือบห้าสิบงานวิจัยที่เพิ่งเผยแพร่โดยกลุ่มความร่วมมืออีโรสิตา(e ROSITA consortium) จากเจอรมนี ซึ่งประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ราว 250 คนที่ถูกแบ่งเป็นกลุ่มทำงาน 12 กลุ่ม โครงการครอบคลุมกว้างและรวมผลของรังสีเอกซ์ที่ดาวเคราะห์แผ่ออกมา, การวิเคราะห์การกระพริบของหลุมดำมวลมหาศาล, การค้นพบเส้นใยก๊าซอุ่นที่แผ่ระหว่างกาแลคซี 2 แห่ง และหลุมดำที่ปะทุเป็นคาบเวลาใหม่ 2 แห่ง ทั้งหมดมาจากการสำรวจเพียงหกเดือนแรกเท่านั้น
ผลิตผลทางวิทยาศาสตร์และผลกระทบของการสำรวจนี้ค่อนข้างใหญ่หลวง จนยากที่จะเล่าได้ด้วยเพียงไม่กี่คำ Mara Salvato จากสถาบันมักซ์พลังค์ โฆษกของกลุ่มความร่วมมือนี้ กล่าว แต่รายงานที่ทีมได้เผยแพร่ออกมาจะบอกเล่าเอง
ภาพช่วงตาเห็นแสดงกาแลคซีในทิศทางของกระจุกกาแลคซี 4 แห่งที่ระยะทางแตกต่างกัน การเปล่งรังสีเอกซ์จากก๊าซร้อนในกระจุกแสดงเป็นสีฟ้า
e ROSITA ซึ่งสร้างโดยสถาบันมักซืพลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลกในเจอรมนี เป็นส่วนหนึ่งของหอสังเกตการณ์อวกาศดาราศาสตร์ฟิสิกส์พลังงานสูง(Spectrum-Röntgen-Gamma; SRG) ซึ่งออกสู่อวกาศในวันที่ 13 กรกฎาคม 2019 เป็นโครงการร่วมระหว่างรัสเซียและเจอรมนี ซึ่งนำกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ 2 ตัว ซึ่ง e ROSITA ก็เป็นหนึ่งในสอง อย่างไรก็ตาม ความร่วมมือจากฝั่งเจอรมันยุติลงตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ 2022 เมื่อรัสเซียรุกรานยูเครน
ในความเป็นจริง บัญชีรายชื่อใหม่ของ e ROSITA นั้นน่าสนใจอย่างมากเมื่อคำนึงว่าข้อมูลทั้งหมดนี้มาจากแค่การสำรวจทั่วท้องฟ้าครั้งแรกในแปดครั้งที่วางแผนไว้ การสำรวจหลายๆ ครั้งจะช่วยให้กล้องได้ตรวจเอกภพยุคต้นได้ลึกมากขึ้น เป็นความโชคดีที่กล้องได้พิสูจน์ให้เห็นผลงาน เนื่องจากการรุกรานของรัสเซีย ทำให้เจอรมนีต้องให้กล้องอยู่ในสภาพจำศีล ซึ่งทำการสำรวจทั่วท้องฟ้าเสร็จไปเพียง 4.5 ครั้งเท่านั้น และยังคงไม่ชัดเจนว่าปฏิบัติการจะสามารถสำรวจจนจบได้หรือไม่
แหล่งข่าว skyandtelescope.com : largest-ever catalog of x-ray sources tests cosmology
phys.org : e ROSITA X-ray sky survey measurements show consistency with the cosmic microwave background
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
