El análisis de cómo evolucionan los cúmulos de galaxias, los objetos más grandes del universo, a lo largo del tiempo cósmico ha permitido medir con precisión el contenido total de materia y su aglomeración, informan científicos del consorcio alemán eROSITA, liderado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y con participación de la Universidad de Bonn.

Los resultados confirman el modelo cosmológico estándar y alivian la llamada tensión S8, al tiempo que ofrecen información sobre la masa de los esquivos neutrinos. El análisis se basa en uno de los mayores catálogos de cúmulos y supercúmulos de galaxias. Un pilar importante del análisis es el "pesaje" de los cúmulos de galaxias descubiertos, en el que la Universidad de Bonn contribuyó en gran medida.

eROSITA es un telescopio espacial de rayos X a bordo del satélite Spectrum-RG, lanzado en julio de 2019. Hace dos semanas, el consorcio alemán eROSITA publicó los datos del primer estudio de todo el cielo. El objetivo principal del estudio es comprender mejor la cosmología mediante la medición del crecimiento a lo largo del tiempo cósmico de cúmulos de galaxias, algunas de las estructuras más grandes del universo.

Al rastrear la evolución de los cúmulos a través de los rayos X emitidos por el gas caliente detectado por eROSITA, combinados con mediciones sólidas de la masa de estos cúmulos a través de lentes gravitacionales débiles, se han obtenido mediciones precisas y exactas tanto de la cantidad total de densidad de materia en el universo como de su aglomeración. sido hecho. Si bien las mediciones anteriores de grumos utilizando diferentes técnicas, específicamente el fondo cósmico de microondas (CMB) y el llamado Cizallamiento Cósmico, parecían inconsistentes entre sí, las mediciones de eROSITA ahora muestran consistencia con el CMB.

"eROSITA ha establecido ahora la medición de la evolución de los cúmulos como una herramienta para la cosmología de precisión", dijo la Dra. Esra Bulbul (MPE), científica principal del equipo de cosmología y cúmulos de eROSITA que entregó los resultados innovadores. "Los parámetros cosmológicos que medimos en los cúmulos de galaxias son consistentes con el CMB de última generación, lo que demuestra que el mismo modelo cosmológico se mantiene desde poco después del Big Bang hasta hoy".

Según el modelo cosmológico estándar, llamado modelo Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), el universo infantil era un mar denso y extremadamente caliente de fotones y partículas. A lo largo del tiempo cósmico, pequeñas variaciones de densidad crecieron hasta convertirse en las grandes galaxias y cúmulos de galaxias que podemos ver hoy. Las observaciones del cúmulo eROSITA muestran que la materia de todo tipo (visible y oscura) comprende el 29% del presupuesto total de masa/energía del universo, en excelente concordancia con los valores obtenidos de las mediciones del CMB, que se emitió cuando el universo se convirtió por primera vez. transparente.

Además de medir la densidad total de la materia en el universo, eROSITA también midió la aglomeración de la distribución de la materia, descrita mediante el llamado parámetro S8. Un avance importante en cosmología en los últimos años ha sido la llamada "tensión S8". Esta tensión surge porque los experimentos del CMB miden un valor S8 más alto que, por ejemplo, los estudios de Corte Cósmico.

Una nueva física está implícita a menos que se pueda resolver esta tensión, y eROSITA ha hecho precisamente eso. "eROSITA nos dice que el universo se comportó como se esperaba a lo largo de la historia cósmica", dice el Dr. Vittorio Ghirardini, investigador postdoctoral en el MPE que dirigió el estudio de cosmología publicado en el arXiv. servidor de preimpresión. "No hay tensión con el CMB; tal vez los cosmólogos puedan relajarse un poco ahora."

Los objetos más grandes del universo también contienen información sobre las partículas más pequeñas:los neutrinos. Estas partículas livianas son casi imposibles de detectar. A partir de la abundancia de los halos de materia oscura más grandes del universo, el equipo de eROSITA ha obtenido estrictas limitaciones sobre la masa de las partículas más ligeras conocidas. Los resultados del grupo eROSITA arrojan la medición combinada de masa de neutrinos más precisa hasta la fecha realizada por cualquier sonda de cosmología observacional.

Un componente importante del análisis son las mediciones de lentes gravitacionales débiles. Este efecto describe distorsiones coherentes que quedan impresas en las formas observadas de galaxias distantes cuando sus rayos de luz atraviesan el campo gravitacional de las estructuras en primer plano. Si bien los estudios de Corte Cósmico investigan el efecto en direcciones aleatorias, también se puede medir en las proximidades de cúmulos de galaxias para estimar sus masas.

El equipo de eROSITA ha realizado tales mediciones incorporando datos de tres estudios actuales de lentes gravitacionales débiles, el Dark Energy Survey (DES), el Hyper Suprime Cam Survey (HSC) y el Kilo-Degree Survey (KiDS). Estas mediciones calibran la relación entre la señal de rayos X de eROSITA y la masa del cúmulo, permitiendo así la comparación con las predicciones del modelo cosmológico.

"Estoy orgulloso del equipo de lentes débiles que hizo un excelente trabajo al proporcionar el análisis de los tres principales estudios de lentes débiles para la calibración de masa del cúmulo eROSITA, que permitió estas limitaciones cosmológicas; algo que nunca antes se había logrado", dice el Prof. Dr. Thomas Reiprich del Instituto Argelander de Astronomía (AIfA) de la Universidad de Bonn, quien dirigió el paquete de trabajo de calibración de masa de lentes débiles dentro del equipo de cosmología y clúster eROSITA desde 2019 hasta finales de 2023.

También es miembro del Área de Investigación Transdisciplinaria (TRA) "Materia" de la Universidad de Bonn. El análisis de la encuesta sobre lentes débiles "KiDS" y también la comparación detallada entre las tres encuestas se presentan hoy en un artículo, también publicado como preimpresión en arXiv y dirigido por Florian Kleinebreil, Ph.D. estudiante en el grupo del Prof. Dr. Tim Schrabback.

Una parte importante de este trabajo se llevó a cabo en AIfA, hasta que ambos se trasladaron a la Universidad de Innsbruck en el otoño de 2022. "Descubrimos que las tres encuestas de lentes arrojan limitaciones de masa consistentes para los grupos de eROSITA, lo que proporciona una prueba de coherencia importante para el conjunto análisis", explica Kleinebreil.

"El análisis completo demuestra el excepcional poder de limitación cosmológica proporcionado por análisis combinados de muestras de cúmulos de galaxias de última generación y estudios de lentes débiles. Es emocionante que este campo avance aún más en los próximos años, también gracias a la llegada de los próximos años. programas de lentes débiles de última generación, incluido el realizado por el nuevo telescopio espacial Euclid de la ESA", añade Schrabback.

Más información: V. Ghirardini et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey:Restricciones cosmológicas derivadas de la abundancia de cúmulos en el hemisferio galáctico occidental, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08458

Florian Kleinebreil et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey:Lente débil de los cúmulos de galaxias eRASS1 en KiDS-1000 y comprobaciones de coherencia con DES Y3 y HSC-Y3, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08456

Información de la revista: arXiv

Proporcionado por la Universidad de Bonn