stringtranslate.com

Эффект Сюняева–Зельдовича

Эффект Сюняева–Зельдовича (названный в честь Рашида Сюняева и Якова Б. Зельдовича и часто сокращенно называемый эффектом Сюняева–Зельдовича ) — это спектральное искажение космического микроволнового фона (CMB) посредством обратного комптоновского рассеяния на высокоэнергетических электронах в скоплениях галактик, при котором низкоэнергетические фотоны CMB получают средний энергетический импульс при столкновении с высокоэнергетическими электронами скопления. Наблюдаемые искажения спектра космического микроволнового фона используются для обнаружения возмущения плотности во Вселенной. С помощью эффекта Сюняева–Зельдовича были обнаружены плотные скопления галактик .

Обзор

Эффект Сюняева–Зельдовича был предсказан Рашидом Сюняевым и Яковом Зельдовичем для описания анизотропии в РИ. Эффект вызван взаимодействием РИ с электронами высокой энергии. Эти электроны высокой энергии вызывают обратное комптоновское рассеяние фотонов РИ, что приводит к искажению спектра излучения РИ. Эффект Сюняева–Зельдовича наиболее заметен при наблюдении за скоплениями галактик. Анализ данных РИ с более высоким угловым разрешением (высокие значения ) требует учета эффекта Сюняева–Зельдовича.

Эффект Сюняева–Зельдовича можно разделить на различные типы:

Эффект Сюняева–Зельдовича представляет большой астрофизический и космологический интерес. Он может помочь определить значение постоянной Хаббла , определить местоположение новых скоплений галактик и изучить структуру и массу скоплений. Поскольку эффект Сюняева–Зельдовича является эффектом рассеяния, его величина не зависит от красного смещения, что означает, что скопления с большим красным смещением можно обнаружить так же легко, как и скопления с малым красным смещением.

Термические эффекты

Искажение реликтового фона, вызванное большим количеством электронов высокой энергии, известно как тепловой эффект Сюняева–Зельдовича. Тепловой эффект Сюняева–Зельдовича чаще всего изучается в скоплениях галактик . Сравнивая эффект Сюняева–Зельдовича и данные рентгеновского излучения , можно изучить тепловую структуру скопления, и если известен температурный профиль, данные Сюняева–Зельдовича можно использовать для определения барионной массы скопления вдоль луча зрения. [2] Сравнение данных Сюняева–Зельдовича и рентгеновских данных также можно использовать для определения постоянной Хаббла с использованием углового диаметра скопления. [3] Эти тепловые искажения также можно измерить в сверхскоплениях и в газах в местной группе, хотя они менее значительны и их труднее обнаружить. В сверхскоплениях эффект не сильный (< 8 мкК), но при достаточно точном оборудовании измерение этого искажения может дать представление о формировании крупномасштабной структуры. Газы в локальной группе также могут вызывать анизотропию в реликтовом излучении из-за теплового эффекта Сюняева-Зельдовича, который необходимо учитывать при измерении реликтового излучения для определенных угловых масштабов. [2]

Кинематические эффекты

Кинематический эффект Сюняева–Зельдовича возникает, когда скопление галактик движется относительно потока Хаббла . Кинематический эффект Сюняева–Зельдовича дает метод расчета пекулярной скорости: где — пекулярная скорость, а — оптическая глубина. [4] Для того чтобы использовать это уравнение, необходимо разделить тепловые и кинематические эффекты. Эффект относительно слаб для большинства скоплений галактик. Используя гравитационное линзирование , пекулярную скорость можно использовать для определения других компонентов скорости для конкретного скопления галактик. [2] Эти кинематические эффекты можно использовать для определения постоянной Хаббла и поведения скоплений.

Исследовать

Текущие исследования сосредоточены на моделировании того, как эффект генерируется внутрикластерной плазмой в скоплениях галактик , и на использовании эффекта для оценки постоянной Хаббла и разделения различных компонентов в угловой средней статистике флуктуаций в фоне. Изучаются симуляции гидродинамического формирования структуры для получения данных о тепловых и кинетических эффектах в теории. [5] Наблюдения затруднены из-за малой амплитуды эффекта и путаницы с экспериментальной ошибкой и другими источниками температурных флуктуаций CMB. Чтобы отличить эффект СЗ от скоплений галактик от обычных возмущений плотности, используются как спектральная зависимость, так и пространственная зависимость флуктуаций в космическом микроволновом фоне .

Фактором, облегчающим обнаружение скоплений с высоким красным смещением, является угловой масштаб в зависимости от красного смещения : он мало меняется между красным смещением 0,3 и 2, что означает, что скопления между этими красными смещениями имеют схожие размеры на небе. Использование обзоров скоплений, обнаруженных с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича, для определения космологических параметров было продемонстрировано Барбозой и др. (1996). Это может помочь в понимании динамики темной энергии в обзорах ( телескоп Южного полюса , космологический телескоп Атакамы , Планк ).

Наблюдения

На этом снимке, сделанном телескопом Atacama Large Millimeter Array, изображено одно из самых известных скоплений галактик, известное как RX J1347-1145.
Первые измерения теплового эффекта Сюняева-Зельдовича с помощью Большого миллиметрового массива Атакамы с одним из самых массивных известных скоплений галактик, RX J1347.5-1145 . [6]

В 1984 году исследователи из Кембриджской радиоастрономической группы и Радиообсерватории долины Оуэнс впервые обнаружили эффект Сюняева-Зельдовича в скоплениях галактик . [7] Десять лет спустя телескоп Райла впервые был использован для получения изображения скопления галактик в эффекте Сюняева-Зельдовича. [8]

В 1987 году спутник Cosmic Background Explorer (COBE) наблюдал за реликтовым излучением и предоставил более точные данные об анизотропии реликтового излучения, что позволило провести более точный анализ эффекта Сюняева–Зельдовича. [2]

Инструменты, созданные специально для изучения эффекта, включают камеру Сюняева–Зельдовича на Atacama Pathfinder Experiment [ 9] и массив Сюняева–Зельдовича , которые оба увидели первый свет в 2005 году. В 2012 году Atacama Cosmology Telescope (ACT) выполнил первое статистическое обнаружение кинематического эффекта Сюняева–Зельдовича. [10] В 2012 году кинематический эффект Сюняева–Зельдовича был впервые обнаружен в отдельном объекте в MACS J0717.5+3745 . [11]

По состоянию на 2015 год телескоп Южного полюса (SPT) использовал эффект Сюняева-Зельдовича для открытия 415 скоплений галактик. [12] Эффект Сюняева-Зельдовича был и будет оставаться важным инструментом в открытии сотен скоплений галактик.

Недавние эксперименты, такие как телескоп OLIMPO, установленный на воздушном шаре, пытаются собрать данные в определенных диапазонах частот и определенных областях неба, чтобы точно определить эффект Сюняева-Зельдовича и дать более точную карту определенных областей неба. [13]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ostriker, Jeremiah P. & Vishniac, Ethan T. (1986). "Генерация флуктуаций микроволнового фона из нелинейных возмущений в эпоху формирования галактик". Astrophysical Journal Letters . 306 : L51. Bibcode : 1986ApJ...306L..51O. doi : 10.1086/184704.
  2. ^ abcd Биркиншоу, М (март 1999). "Эффект Сюняева–Зельдовича". Physics Reports . 310 (2–3): 97–195. arXiv : astro-ph/9808050 . Bibcode : 1999PhR...310...97B. doi : 10.1016/S0370-1573(98)00080-5. hdl : 1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5. S2CID  119330362.
  3. ^ Биркиншоу, М.; Хьюз, Дж. П. (январь 1994 г.). «Измерение постоянной Хаббла по свойствам рентгеновского излучения и эффекту Сюняева-Зельдовича Абеля 2218». The Astrophysical Journal . 420 : 33. Bibcode :1994ApJ...420...33B. doi : 10.1086/173540 . ISSN  0004-637X.
  4. ^ Тартари, А.; Боэлла, Г.; Кандотти, М.; Герваси, М.; Натале, В.; Пассерини, А.; Сирони, Г.; Заннони, М. (9 июля 2003 г.). «Исследование эффекта Сюняева Зельдовича на МАСТЕРе». Memorie della Societa Astronomica Italiana Supplementi . 2 : 44. arXiv : astro-ph/0307166 . Бибкод : 2003MSAIS...2...44T.
  5. ^ Cunnama D., Faltenbacher F.; Passmoor S., Cress C.; Cress, C.; Passmoor, S. (2009). «Выравнивание кластеров по скорости и форме и кинетический эффект Сюняева–Зельдовича». MNRAS Letters . 397 (1): L41–L45. arXiv : 0904.4765 . Bibcode : 2009MNRAS.397L..41C. doi : 10.1111/j.1745-3933.2009.00680.x . S2CID  9809159.
  6. ^ "Дыра ALMA во Вселенной". eso.org . Получено 20 февраля 2017 г. .
  7. ^ Биркиншоу, М.; Гулл, С.Ф.; Хардебек, Х. (1984). «Эффект Сюняева-Зельдовича в отношении трех скоплений галактик». Nature . 309 (5963): 34–35. Bibcode :1984Natur.309...34B. doi :10.1038/309034a0. S2CID  4276748.
  8. ↑ Сондерс, Ричард (26 ноября 1996 г.). «Наблюдения Сюняева-Зельдовича с телескопом Райла». arXiv : astro-ph/9611213 .
  9. ^ Schwan, D.; Ade, P. a. R.; Basu, K.; Bender, AN; Bertoldi, F.; Cho, H.-M. ; Chon, G.; Clarke, John; Dobbs, M.; Ferrusca, D.; Güsten, R. (1 сентября 2011 г.). "Приглашенная статья: Приемник массива болометров миллиметрового диапазона для эксперимента по поиску путей в Атакаме с прибором Сюняева-Зельдовича (APEX-SZ)". Review of Scientific Instruments . 82 (9): 091301. arXiv : 1008.0342 . Bibcode :2011RScI...82i1301S. doi :10.1063/1.3637460. ISSN  0034-6748. PMID  21974566. S2CID  33402455.
  10. ^ Хэнд, Ник; Аддисон, Грэм Э.; Обур, Эрик; Батталья, Ник; Баттистелли, Элия С.; Бизяев Дмитрий; Бонд, Дж. Ричард; Брюингтон, Ховард; Бринкманн, Джон; Браун, Бенджамин Р.; Дас, Судип; Доусон, Кайл С.; Девлин, Марк Дж.; Данкли, Джоанна; Даннер, Роландо; Эйзенштейн, Дэниел Дж.; Фаулер, Джозеф В.; Гралла, Меган Б.; Хаджян, Амир; Халперн, Марк; Хилтон, Мэтт; Хинкс, Адам Д.; Хлозек, Рене; Хьюз, Джон П.; Инфанте, Леопольдо; Ирвин, Кент Д.; Косовский, Артур; Линь, Йен-Тин; Маланушенко Елена; и др. (2012). «Обнаружение движений скоплений галактик с помощью кинематического эффекта Сюняева–Зельдовича». Physical Review Letters . 109 (4): 041101. arXiv : 1203.4219 . Bibcode :2012PhRvL.109d1101H. doi :10.1103/PhysRevLett.109.041101. PMID  23006072. S2CID  11392448.
  11. ^ Mroczkowski, Tony; Dicker, Simon; Sayers, Jack; Reese, Erik D.; Mason, Brian; Czakon, Nicole; Romero, Charles; Young, Alexander; Devlin, Mark; Golwala, Sunil; Korngut, Phillip (10 декабря 2012 г.). "Многоволновое исследование эффекта Сюняева-Зельдовича в скоплении тройного слияния Macs J0717.5+3745 с помощью Mustang и Bolocam". The Astrophysical Journal . 761 (1): 47. arXiv : 1205.0052 . Bibcode :2012ApJ...761...47M. doi :10.1088/0004-637X/761/1/47. ISSN  0004-637X. S2CID  50951413.
  12. ^ Блим, LE; Сталдер, Б.; де Хаан, Т.; Эйрд, Калифорния; Аллен, Юго-Запад; Эпплгейт, Делавэр; Эшби, МЛН; Баутц, М.; Бэйлисс, М.; Бенсон, бакалавр; Боке, С. (29 января 2015 г.). «Скопления галактик, обнаруженные с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича в обзоре SPT-Sz площадью 2500 квадратных градусов». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 216 (2): 27. arXiv : 1409.0850 . Бибкод : 2015ApJS..216...27B. дои : 10.1088/0067-0049/216/2/27. hdl : 1721.1/96784. ISSN  1538-4365. S2CID  6663564.
  13. ^ Nati, F.; et al. (1 марта 2007 г.). «Эксперимент OLIMPO». New Astronomy Reviews . 51 (3–4): 385–389. Bibcode : 2007NewAR..51..385N. doi : 10.1016/j.newar.2006.11.066. ISSN  1387-6473.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки