Учёные впервые обнаружили взаимную корреляцию между космическим сдвигом и диффузным рентгеновским фоном, что помогает понять распределение барионной материи во Вселенной.

Барионная материя, состоящая из протонов и нейтронов, составляет всего 5% Вселенной, но играет решающую роль в создании космологических структур, таких как звёзды, планеты и галактики. Однако обнаружение барионной материи в обеих формах затруднено из-за сложных взаимодействий рассеянного газа и эффектов тёмной материи.

Доктор Тассия Феррейра и её коллеги из Оксфордского университета исследовали влияние барионной физики на космологические измерения в своем исследовании PRL. Для этого они сосредоточились на объединении данных из двух наблюдательных источников: исследования тёмной энергии за третий год (DES Y3) и The ROSAT All-Sky Survey (RASS).

Гало тёмной материи из космологической симуляции N-тел. Источник: Cosmo0 / Wikimedia Commons

Используя гидродинамическую модель, разработанную на основе более ранних исследований, исследователи смоделировали, как масса и газ распределяются в гало. В этой модели учтены холодная тёмная материя, гравитационно-связанный газ, выброшенный газ и звёзды.

Взаимная корреляция наборов данных выявила значительную корреляцию между космическим сдвигом галактик, который является следствием гравитационного линзирования, и диффузным рентгеновским фоном. Значимость 23σ (сигма) указывает на то, что эта корреляция является статистически высокозначимой, что предполагает сильную связь между двумя наборами данных.

Исследователи подсчитали, что средняя масса гало тёмной материи составляет около 115 триллионов солнечных масс. Помимо средней массы, исследователи также смогли ограничить политропный индекс [величина, которая характеризует связь между температурой и плотностью газа в астрофизических объектах], который измеряет связь между температурой и плотностью горячего газа в гало тёмной материи. Оценочное значение этого индекса показало хорошую согласованность с прошлыми исследованиями. Новые ограничения более жёсткие и точные по сравнению с более ранними данными о космическом сдвиге и рентгеновском излучении.

Помимо более чёткого представления о распределении материи во Вселенной, исследование также предлагает новый метод оценки теорий, связанных с тёмной материей и тёмной энергией.

Доктор Феррейра отметила, что разработанная процедура является отправной точкой для более строгого анализа с использованием кросс-корреляций между космическим сдвигом и картами диффузного рентгеновского фона. Это особенно актуально для будущих обзоров слабого линзирования, таких как обсерватория имени Веры Рубин и телескоп Euclid, с текущими рентгеновскими миссиями, такими как eROSITA, которые помогут получить более точные космологические ограничения на основе наблюдений крупномасштабных структурных данных.

Доктор Феррейра видит многочисленные возможности для дальнейшего развития результатов, в частности, для проверки теоретической модели, прежде чем разработанную методологию можно будет использовать в космологическом анализе.

«Кроме того, остаточное вырождение между космологическими и гидродинамическими параметрами можно преодолеть, включив кросс-корреляцию с картами Комптона и Сюняева-Зельдовича, учитывая их дополнительную чувствительность к плотности и температуре газа», — заключила она.