L'analisi di come gli ammassi di galassie, gli oggetti più grandi dell'universo, si evolvono nel tempo cosmico ha prodotto misurazioni precise del contenuto totale di materia e della sua aggregazione, riferiscono gli scienziati del consorzio tedesco eROSITA, guidato dall'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre e con partecipazione dell'Università di Bonn.
I risultati confermano il modello cosmologico standard e alleviano la cosiddetta tensione S8, offrendo allo stesso tempo informazioni sulla massa degli sfuggenti neutrini. L'analisi si basa su uno dei più grandi cataloghi di ammassi e superammassi di galassie. Un pilastro importante dell'analisi è la "pesatura" degli ammassi di galassie scoperti, alla quale l'Università di Bonn ha contribuito in modo determinante.
eROSITA è un telescopio spaziale a raggi X a bordo del satellite Spectrum-RG, lanciato nel luglio 2019. Due settimane fa, il consorzio tedesco eROSITA ha pubblicato i dati della prima indagine a tutto cielo. L'obiettivo principale dell'indagine è comprendere meglio la cosmologia attraverso la misurazione della crescita nel tempo cosmico degli ammassi di galassie, alcune delle strutture più grandi dell'universo.
Tracciando l'evoluzione degli ammassi attraverso i raggi X emessi dal gas caldo rilevati da eROSITA, combinati con robuste misurazioni della massa di questi ammassi attraverso una debole lente gravitazionale, misurazioni precise e accurate sia della quantità totale di densità di materia nell'universo che della sua aggregazione hanno stato fatto. Mentre le misurazioni passate dell'aggregazione utilizzando tecniche diverse, in particolare il fondo cosmico a microonde (CMB) e il cosiddetto Cosmic Shear, apparivano incoerenti tra loro, le misurazioni eROSITA ora mostrano coerenza con la CMB.
"eROSITA ha ora stabilito la misurazione dell'evoluzione degli ammassi come strumento per la cosmologia di precisione", ha affermato la dott.ssa Esra Bulbul (MPE), scienziata capo del team di cosmologia e ammassi di eROSITA che ha fornito risultati rivoluzionari. "I parametri cosmologici che misuriamo dagli ammassi di galassie sono coerenti con la CMB all'avanguardia, dimostrando che lo stesso modello cosmologico è valido da subito dopo il Big Bang a oggi."
Secondo il modello cosmologico standard, chiamato modello Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), l’universo infantile era un mare estremamente caldo e denso di fotoni e particelle. Nel corso del tempo cosmico, minuscole variazioni di densità si sono sviluppate nelle grandi galassie e negli ammassi di galassie che possiamo vedere oggi. Le osservazioni dell'ammasso eROSITA mostrano che la materia di tutti i tipi (visibile e oscura) comprende il 29% del bilancio totale massa/energia dell'universo, in ottimo accordo con i valori ottenuti dalle misurazioni della CMB, che fu emessa quando l'universo divenne realtà. trasparente.
Oltre a misurare la densità totale della materia nell'universo, eROSITA ha anche misurato la concentrazione della distribuzione della materia, descritta tramite il cosiddetto parametro S8. Uno sviluppo importante in cosmologia negli ultimi anni è stata la cosiddetta “tensione S8”. Questa tensione nasce perché gli esperimenti CMB misurano un valore S8 più elevato rispetto, ad esempio, alle indagini Cosmic Shear.
A meno che questa tensione non possa essere risolta, è implicita una nuova fisica, ed eROSITA ha fatto proprio questo. "eROSITA ci dice che l'universo si è comportato come previsto nel corso della storia cosmica", afferma il dottor Vittorio Ghirardini, il ricercatore post-dottorato presso MPE che ha guidato lo studio di cosmologia pubblicato su arXiv server di prestampa. "Non c'è tensione con la CMB, forse i cosmologi possono rilassarsi un po' adesso."
Gli oggetti più grandi dell'universo trasportano anche informazioni sulle particelle più piccole:i neutrini. Queste particelle leggere sono quasi impossibili da rilevare. Dall’abbondanza dei più grandi aloni di materia oscura nell’universo il team di eROSITA ha ottenuto stretti vincoli sulla massa delle particelle più leggere conosciute. I risultati del cluster eROSITA forniscono la misurazione combinata della massa dei neutrini più precisa mai realizzata finora da qualsiasi sonda cosmologica osservativa.
Una componente importante dell'analisi sono le misurazioni della lente gravitazionale debole. Questo effetto descrive distorsioni coerenti che vengono impresse sulle forme osservate di galassie distanti quando i loro raggi luminosi attraversano il campo gravitazionale delle strutture in primo piano. Sebbene gli studi sul taglio cosmico sondano l'effetto lungo direzioni casuali, è possibile misurarlo anche in prossimità degli ammassi di galassie per stimarne le masse.
Il team di eROSITA ha condotto tali misurazioni incorporando i dati di tre attuali indagini di lente gravitazionale debole, la Dark Energy Survey (DES), la Hyper Suprime Cam Survey (HSC) e la Kilo-Degree Survey (KiDS). Queste misurazioni calibrano la relazione tra il segnale dei raggi X di eROSITA e la massa dell'ammasso, consentendo così il confronto con le previsioni del modello cosmologico.
"Sono orgoglioso del team di lente debole che ha svolto un ottimo lavoro nel fornire l'analisi di tutte e tre le principali indagini di lente debole per la calibrazione della massa dell'ammasso eROSITA, che ha consentito questi vincoli cosmologici; qualcosa che non è mai stato raggiunto prima", afferma il Prof. Il dottor Thomas Reiprich dell'Argelander Institute for Astronomy (AIfA) dell'Università di Bonn, che ha guidato il pacchetto di lavoro sulla calibrazione della massa con lente debole all'interno del cluster eROSITA e del team di cosmologia dal 2019 alla fine del 2023.
È anche membro dell'Area di ricerca transdisciplinare (TRA) "Matter" dell'Università di Bonn. L'analisi del sondaggio sull'effetto lente debole "KiDS" e anche il confronto dettagliato tra tutti e tre i sondaggi sono presentati oggi in un documento, pubblicato anche come prestampa su arXiv e guidato da Florian Kleinebreil, Ph.D. studente nel gruppo del Prof. Dr. Tim Schrabback.
Una parte importante di questo lavoro è stata condotta presso l'AIfA, fino a quando entrambi si sono trasferiti all'Università di Innsbruck nell'autunno del 2022. "Abbiamo scoperto che i tre sondaggi di lensing producono vincoli di massa coerenti per i cluster eROSITA, fornendo un importante test di coerenza per il complesso analisi", spiega Kleinebreil.
"L'analisi completata dimostra l'eccezionale potere di vincolo cosmologico fornito dalle analisi combinate di campioni di ammassi di galassie all'avanguardia e indagini di lente debole. È interessante notare che questo campo avanzerà ulteriormente nei prossimi anni, anche grazie all'arrivo del prossimo- programmi di lente debole di nuova generazione, compreso quello condotto dal nuovo telescopio spaziale dell'ESA Euclid," aggiunge Schrabback.
Ulteriori informazioni: V. Ghirardini et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey:Cosmology Constraints from Cluster Abundances in the Western Galactic Hemisphere, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08458
Florian Kleinebreil et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey:debole lente degli ammassi di galassie eRASS1 in KiDS-1000 e controlli di coerenza con DES Y3 e HSC-Y3, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08456
Informazioni sul giornale: arXiv
Fornito dall'Università di Bonn
