Efekt Sunyaeva-Zeldovicha - Sunyaev–Zeldovich effect

Część serii na
Kosmologia fizyczna
Wielki Wybuch  · Wszechświat Wiek wszechświata Chronologia wszechświata
Wczesny wszechświat Inflacja  · Nukleosynteza Tła Fala grawitacyjna (GWB) Kuchenka mikrofalowa (CMB)  · Neutrino (CNB)
Ekspansja  · Przyszłość Prawo Hubble'a  · Przesunięcie ku czerwieni Metryczna ekspansja przestrzeni Metryka FLRW  · równania Friedmanna Kosmologia niejednorodna Przyszłość rozszerzającego się wszechświata Ostateczny los wszechświata
Komponenty  · Struktura składniki Model Lambda-CDM Ciemna energia  · Ciemny płyn  · Ciemna materia Struktura Kształt wszechświata Włókno galaktyki  · Formacja galaktyki Duża grupa kwazarów Struktura na dużą skalę Rejonizacja  · Tworzenie struktur
Eksperymenty Inicjatywa Czarnej Dziury (BHI) Bumerang Kosmiczny Eksplorator Tła (COBE) Projekt Illustris Obserwatorium kosmiczne Plancka Cyfrowy przegląd nieba Sloan (SDSS) Pomiar przesunięcia ku czerwieni galaktyki 2dF ("2dF") Sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinson (WMAP)
Naukowcy Aaronson Alfvené Alpher Bharadwaj Kopernik de Sitter Dicke Ehlers Einstein Ellis Friedmann Galileusz Gamów Guth Hawking Hubble Lemaître Mateusz Niuton Penrose Penzias Wcierać Schmidt Gładkie Suntzeff Sunjajew Tołman Wilsona Zeldovich Lista kosmologów
Historia przedmiotu Odkrycie kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła Historia teorii Wielkiego Wybuchu Religijne interpretacje teorii Wielkiego Wybuchu Kalendarium teorii kosmologicznych
Kategoria  Portal astronomiczny
v T mi

Efekt Sunyaev-Zeldovich (nazwane Rashid Sunyaev i Yakov B. Zeldovich często w skrócie jako efekt SZ ) stanowi widmową zniekształceń na tle mikrofalowego promieniowania (CMB) przez odwrotną Comptona o wysokiej energii elektronów w klastrach Galaxy, w którym fotony CMB o niskiej energii otrzymują średni wzrost energii podczas zderzenia z elektronami klastra o wysokiej energii. Zaobserwowane zniekształcenia kosmicznego mikrofalowego widma tła są wykorzystywane do wykrywania zaburzeń gęstości we Wszechświecie. Wykorzystując efekt Sunyaeva-Zeldovicha zaobserwowano gęste gromady galaktyk .

Przegląd

Efekt Sunyaeva-Zeldovicha został przewidziany przez Raszida Sunyaeva i Yakova Zeldovicha w celu opisania anizotropii w CMB. Efekt jest spowodowany interakcją CMB z elektronami o wysokiej energii. Te wysokoenergetyczne elektrony powodują odwrotne rozpraszanie Comptona fotonów CMB, co powoduje zniekształcenie widma promieniowania CMB. Efekt Sunyaeva-Zeldovicha jest najbardziej widoczny podczas obserwacji gromad galaktyk. Analiza danych CMB w wyższej rozdzielczości kątowej (wysokie wartości ) wymaga uwzględnienia efektu Sunyaeva-Zeldovicha. ${\displaystyle \ell}$

Efekt Sunyaeva-Zeldovicha można podzielić na różne typy:

• Efekty termiczne , w których fotony CMB oddziałują z elektronami o wysokiej energii ze względu na ich temperaturę
• Efekty kinematyczne, efekt drugiego rzędu, w którym fotony CMB oddziałują z elektronami, które mają wysokie energie ze względu na ich ruch masowy (zwany również efektem Ostriker-Vishniac, po Jeremiah P. Ostriker i Ethan Vishniac ).
• Polaryzacja

Efekt Sunyaeva-Zeldovicha ma duże znaczenie astrofizyczne i kosmologiczne . Może pomóc w określeniu wartości stałej Hubble'a , określeniu położenia nowych gromad galaktyk oraz w badaniu struktury i masy gromady. Ponieważ efekt Sunyaeva-Zeldovicha jest efektem rozpraszania, jego wielkość jest niezależna od przesunięcia ku czerwieni, co oznacza, że ​​gromady o wysokim przesunięciu ku czerwieni można wykryć tak samo łatwo, jak te o niskim przesunięciu ku czerwieni.

Efekty termiczne

Zniekształcenie CMB wynikające z dużej liczby elektronów o wysokiej energii znane jest jako efekt termiczny Sunyaeva-Zeldovicha. Termiczny efekt Sunyaeva-Zeldovicha jest najczęściej badany w gromadach galaktyk . Porównując efekt Sunyaeva-Zeldovicha i dane dotyczące emisji promieniowania rentgenowskiego , można zbadać strukturę termiczną klastra, a jeśli znany jest profil temperatury, dane Sunyaeva-Zeldovicha można wykorzystać do określenia masy barionowej klastra wzdłuż linii wzroku. Porównanie danych Sunyaev-Zeldovich i rentgenowskich może być również wykorzystane do określenia stałej Hubble'a przy użyciu odległości kątowej gromady. Te zniekształcenia termiczne można również zmierzyć w supergromadach i gazach w grupie lokalnej, chociaż są one mniej znaczące i trudniejsze do wykrycia. W supergromadach efekt nie jest silny (< 8 μK), ale przy wystarczająco precyzyjnym sprzęcie, pomiar tego zniekształcenia może dać wgląd w tworzenie się struktur wielkoskalowych. Gazy w grupie lokalnej mogą również powodować anizotropie w CMB ze względu na termiczny efekt Sunyaeva-Zoldovicha, który należy wziąć pod uwagę przy pomiarach CMB dla niektórych skal kątowych.

Efekty kinematyczne

Kinematyczny efekt Sunyaeva-Zeldovicha powstaje, gdy gromada galaktyk porusza się względem przepływu Hubble'a . Kinematyczny efekt Sunyaeva-Zeldovicha daje metodę obliczania osobliwej prędkości:

${\ Displaystyle \ Delta T_ {kin} = - T_ {CMB} {\ Frac {V_ {p}} {c}} \ tau}$

gdzie jest osobliwa prędkość, a głębokość optyczna. Aby skorzystać z tego równania, należy rozdzielić efekty termiczne i kinematyczne. Efekt jest stosunkowo słaby dla większości gromad galaktyk. Korzystając z soczewkowania grawitacyjnego , osobliwa prędkość może zostać wykorzystana do określenia innych składowych prędkości dla określonej gromady galaktyk. Te efekty kinematyczne można wykorzystać do określenia stałej Hubble'a i zachowania gromad. ${\ Displaystyle V_ {p}}$${\ Displaystyle \ tau}$

Badania

Obecne badania koncentrują się na modelowaniu, w jaki sposób efekt jest generowany przez plazmę wewnątrzgromadową w gromadach galaktyk oraz na wykorzystaniu tego efektu do oszacowania stałej Hubble'a i oddzielenia różnych składników w statystyce średniej kątowej fluktuacji tła. Symulacje tworzenia struktur hydrodynamicznych są badane w celu uzyskania danych na temat efektów termicznych i kinetycznych w teorii. Obserwacje są trudne ze względu na małą amplitudę efektu i pomylenie z błędem doświadczalnym i innymi źródłami wahań temperatury CMB. Aby odróżnić efekt SZ spowodowany gromadami galaktyk od zwykłych zaburzeń gęstości, wykorzystuje się zarówno zależność spektralną , jak i przestrzenną zależność fluktuacji kosmicznego mikrofalowego tła .

Czynnikiem, który ułatwia wykrywanie gromad z dużym przesunięciem ku czerwieni jest skala kątowa w porównaniu z relacją przesunięcia ku czerwieni : zmienia się ona niewiele między przesunięciami ku czerwieni 0,3 i 2, co oznacza, że ​​gromady pomiędzy tymi przesunięciami ku czerwieni mają podobne rozmiary na niebie. Wykorzystanie badań klastrów wykrytych przez ich efekt Sunyaeva-Zeldovicha do wyznaczania parametrów kosmologicznych zademonstrowali Barbosa i in. (1996). Może to pomóc w zrozumieniu dynamiki ciemnej energii w przeglądach ( South Pole Telescope , Atacama Cosmology Telescope , Planck ).

Obserwacje

Pierwsze pomiary termicznego efektu Sunyaeva-Zeldovicha z Atacama Large Millimeter Array z jedną z najmasywniejszych znanych gromad galaktyk, RX J1347.5-1145 .

W 1984 roku naukowcy z Cambridge Radio Astronomy Group i Owens Valley Radio Observatory po raz pierwszy wykryli efekt Sunyaeva-Zeldovicha w gromadach galaktyk . Dziesięć lat później Teleskop Ryle'a został użyty po raz pierwszy do zobrazowania gromady galaktyk w efekcie Sunyaeva-Zeldovicha.

W 1987 roku satelita Cosmic Background Explorer (COBE) obserwował CMB i dostarczył dokładniejszych danych dla anizotropii w CMB, umożliwiając dokładniejszą analizę efektu Sunyaeva-Zeldovicha.

Instrumenty zbudowane specjalnie do badania tego efektu to między innymi kamera Sunyaev-Zeldovich w Atacama Pathfinder Experiment oraz Sunyaev-Zeldovich Array , które ujrzały pierwsze światło w 2005 roku. W 2012 roku Atacama Cosmology Telescope (ACT) przeprowadził pierwszą statystyczną detekcję kinematyczny efekt SZ. W 2012 roku po raz pierwszy wykryto kinematyczny efekt SZ w pojedynczym obiekcie w MACS J0717.5+3745 .

Od 2015 r. Teleskop Bieguna Południowego (SPT) wykorzystał efekt Sunyaeva-Zeldovicha do odkrycia 415 gromad galaktyk. Efekt Sunyaeva-Zeldovicha był i nadal będzie ważnym narzędziem odkrywania setek gromad galaktyk.

Ostatnie eksperymenty, takie jak teleskop balonowy OLIMPO, próbują zbierać dane w określonych pasmach częstotliwości i określonych obszarach nieba, aby wskazać efekt Sunyaeva-Zeldovicha i uzyskać dokładniejszą mapę niektórych obszarów nieba.

Bibliografia

Dalsza lektura

• Refaeli, Y. (1995). „Comptonization kosmicznego mikrofalowego tła: efekt Sunyaeva-Zeldovicha”. Roczny Przegląd Astronomii i Astrofizyki . 33 (1): 541-580. Kod Bibcode : 1995ARA&A..33..541R . doi : 10.1146/annurev.aa.33.090195.002545 .
• Barbosa, D.; Bartletta, JG; Blanchard, A.; Oukbir, J. (1996). „Efekt Sunyaeva-Zel'dovicha i wartość Ω ₀ ”. Astronomia i astrofizyka . 314 : 13-17. arXiv : astro-ph/9511084 . Kod Bibcode : 1996A&A...314...13B .
• Birkinshaw, M.; Mewa, SF; Hardebeck, H. (1984). „Efekt Sunyaev-Zel'dovich wobec trzech gromad galaktyk”. Natura . 309 (5963): 34-35. Kod Bibcode : 1984Natur.309...34B . doi : 10.1038/309034a0 . S2CID  4276748 .
• Birkinshaw, Marka (1999). „Efekt Sunjajewa Zeldowicza” . Raporty fizyczne . 310 (2-3): 97-195. arXiv : astro-ph/9808050 . Kod Bib : 1999PhR...310...97B . doi : 10.1016/S0370-1573(98)00080-5 . hdl : 1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5 . S2CID  119330362 .
• Cen, Renyue; Jeremiasz P. Ostriker (1994). „Hydrodynamiczne podejście do kosmologii: scenariusz kosmologiczny mieszanej ciemnej materii” . Czasopismo Astrofizyczne . 431 (1994): 451. arXiv : astro-ph/9404011 . Kod Bibcode : 1994ApJ...431..451C . CiteSeerX  10.1.1.254.3635 . doi : 10.1086/174499 . S2CID  1284598 . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 22 lutego 2004 r.
• Hu, Jian; Yu-Qing Lou (2004). „Magnetyczny efekt Sunyaeva-Zel'dovicha w gromadach galaktyk”. Astrofizyczne listy czasopism . 606 (1): L1–L4. arXiv : astro-ph/0402669 . Kod Bibcode : 2004ApJ...606L...1H . doi : 10.1086/420896 . S2CID  10520376 .
• Ma, Chung-Pei ; JN Fry (27 maja 2002). „Nieliniowy efekt kinetyczny Sunyaeva-Zel'dovicha” . Fizyczne listy kontrolne . 88 (21): 211301. arXiv : astro-ph/0106342 . Kod bib : 2002PhRvL..88u1301M . doi : 10.1103/PhysRevLett.88.211301 . PMID  12059470 . S2CID  5655238 .
• Myers, AD; Trzonki, T.; i in. (2004). „Dowody na rozszerzony efekt SZ w danych WMAP”. Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego . 347 (4): L67–L72. arXiv : astro-ph/0306180 . Kod Bib : 2004MNRAS.347L..67M . doi : 10.1111/j.1365-2966.2004.07449.x . S2CID  53119165 .
• Springel, Volker; Biały, Marcin; Hernquist, Lars (2001). „Symulacje hydrodynamiczne efektu (s) Sunyaeva-Zel'dovicha” . Czasopismo Astrofizyczne . 549 (2): 681–687. arXiv : astro-ph/0008133 . Kod Bibcode : 2001ApJ...549..681S . doi : 10.1086/319473 . S2CID  6728519 .
• Sunjajew, RA; Tak. B. Zeldowicz (1970). „Niewielkie wahania promieniowania reliktowego” . Astrofizyka i nauka o kosmosie . 7 (1): 3–19. Kod Bibcode : 1970Ap&SS...7....3S . doi : 10.1007/BF00653471 (nieaktywny 31 maja 2021 r.).CS1 maint: DOI nieaktywny od maja 2021 ( link )
• Sunjajew, RA; Ia. B. Zeldowicz (1980). „Promieniowanie mikrofalowe tła jako sonda współczesnej struktury i historii wszechświata”. Roczny Przegląd Astronomii i Astrofizyki . 18 (1): 537–560. Kod Bibcode : 1980ARA&A..18..537S . doi : 10.1146/annurev.aa.18.090180.002541 .
• Diego, JM; Martinez, E.; Sanz, JL; Benitez, N.; Jedwab, J. (2002). „Efekt Sunyaev-Zel'dovich jako dyskryminator kosmologiczny”. Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego . 331 (3): 556–568. arXiv : astro-ph/0103512 . Kod bib : 2002MNRAS.331..556D . doi : 10.1046/j.1365-8711.2002.05039.x . S2CID  10486016 .
• Królewskie Towarzystwo Astronomiczne, Uszkodzone echa z Wielkiego Wybuchu? Informacja prasowa RAS PN 04/01

Linki zewnętrzne

• Uszkodzone echa z Wielkiego Wybuchu? innowacje-raport.com.
• Efekt Sunyaeva-Zel'dovicha na arxiv.org