Эффект Сюняева – Зельдовича

редактировать

Ранняя вселенная

Расширение Будущее

Компоненты Структура

Составные части
Лямбда-CDM модель Темная энергия Темная жидкость Темная материя
Структура
Форма вселенной Нить галактики Формирование галактики Большая группа квазаров Крупномасштабная конструкция Реионизация Формирование структуры

Эксперименты

Ученые

Список космологов

История темы

Эффект Сюняева-Зельдовича (названный в честь Сюняев и Яков Б. Зельдовича и часто сокращенно как эффект SZ) является спектральное искажение из космического микроволнового фона (CMB) через обратное комптоновского рассеяния высоких энергий электронов в кластерах галактик, в которых фотоны реликтового излучения с низкой энергией получают средний прирост энергии во время столкновения с электронами кластера с высокой энергией. Наблюдаемые искажения спектра космического микроволнового фона используются для обнаружения нарушения плотности во Вселенной. С помощью эффекта Сюняева – Зельдовича наблюдались плотные скопления галактик.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Обзор
2 Тепловые эффекты
3 кинематических эффекта
4 Исследования
5 наблюдений
6 Ссылки
7 Дальнейшее чтение
8 Внешние ссылки

Обзор

Эффект Сюняева – Зельдовича был предсказан Рашидом Сюняевым и Яковом Зельдовичем для описания анизотропии реликтового излучения. Эффект вызван взаимодействием реликтового излучения с электронами высоких энергий. Эти высокоэнергетические электроны вызывают обратное комптоновское рассеяние фотонов реликтового излучения, которое вызывает искажение спектра излучения реликтового излучения. Эффект Сюняева – Зельдовича наиболее очевиден при наблюдении скоплений галактик. Анализ данных CMB на более высокое угловое разрешение (высоких -значениях ) требует, принимая во внимание эффекта Сюняева-Зельдович. ${\ displaystyle \ ell}$ $\ ell$

Эффект Сюняева – Зельдовича можно разделить на разные типы:

Тепловые эффекты, при которых фотоны реликтового излучения взаимодействуют с электронами, которые имеют высокие энергии из-за их температуры.
Кинематические эффекты, эффект второго порядка, при котором фотоны реликтового излучения взаимодействуют с электронами, которые имеют высокие энергии из-за их объемного движения (также называемый эффектом Острикера – Вишняка, после Иеремии П. Острикера и Итана Вишняка ).
Поляризация

Эффект Сюняева – Зельдовича представляет большой астрофизический и космологический интерес. Это может помочь определить значение постоянной Хаббла, определить местоположение новых скоплений галактик, а также при изучении структуры и массы скоплений. Поскольку эффект Сюняева – Зельдовича является эффектом рассеяния, его величина не зависит от красного смещения, что означает, что кластеры с большим красным смещением могут быть обнаружены так же легко, как и кластеры с низким красным смещением.

Тепловые эффекты

Искажение реликтового излучения из-за большого количества электронов высоких энергий известно как тепловой эффект Сюняева – Зельдовича. Тепловой эффект Сюняева – Зельдовича чаще всего исследуют в скоплениях галактик. Сравнивая эффект Сюняева – Зельдовича и данные рентгеновского излучения, можно изучить тепловую структуру кластера, и, если известен температурный профиль, данные Сюняева-Зельдовича можно использовать для определения барионной массы кластера вдоль линии зрения. Сравнение данных Сюняева-Зельдовича и рентгеновских лучей также может быть использовано для определения постоянной Хаббла с использованием расстояния по угловому диаметру скопления. Эти тепловые искажения можно также измерить в сверхскоплениях и в газах в локальной группе, хотя они менее значительны и их труднее обнаружить. В сверхскоплениях эффект невелик (lt;8 мкК), но при наличии достаточно точного оборудования измерение этого искажения может дать представление о крупномасштабном формировании структуры. Газы в локальной группе также могут вызывать анизотропию реликтового излучения из-за теплового эффекта Сюняева-Зольдовича, который необходимо учитывать при измерении реликтового излучения для определенных угловых масштабов.

Кинематические эффекты

Кинематический эффект Сюняева – Зельдовича возникает, когда скопление галактик движется относительно потока Хаббла. Кинематический эффект Сюняева – Зельдовича дает метод вычисления пекулярной скорости:

${\ displaystyle \ Delta T_ {kin} = - T_ {CMB} {\ frac {V_ {p}} {c}} \ tau}$ ${\ displaystyle \ Delta T_ {kin} = - T_ {CMB} {\ frac {V_ {p}} {c}} \ tau}$

где - пекулярная скорость, - оптическая толщина. 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 составляющих скорости для конкретного скопления галактик. Эти кинематические эффекты можно использовать для определения постоянной Хаббла и поведения скоплений. ${\ displaystyle V_ {p}}$ $V_p$ ${\ Displaystyle \ тау}$ $\тау$

Исследовательская работа

Текущие исследования сосредоточены на моделировании того, как эффект создается внутрикластерной плазмой в скоплениях галактик, а также на использовании эффекта для оценки постоянной Хаббла и разделения различных компонентов в статистике средних угловых флуктуаций фона. Моделирование образования гидродинамических структур изучается для получения данных о тепловых и кинетических эффектах в теории. Наблюдения затруднены из-за малой амплитуды эффекта и путаницы с экспериментальной ошибкой и другими источниками флуктуаций температуры реликтового излучения. Чтобы отличить СЗ-эффект скоплений галактик от обычных возмущений плотности, используются как спектральная зависимость, так и пространственная зависимость флуктуаций космического микроволнового фона.

Фактором, который способствует обнаружению кластеров с большим красным смещением, является соотношение углового масштаба и красного смещения : оно мало меняется между красными смещениями 0,3 и 2, что означает, что кластеры между этими красными смещениями имеют одинаковые размеры на небе. Использование обзоров скоплений, обнаруженных по их эффекту Сюняева – Зельдовича, для определения космологических параметров было продемонстрировано Barbosa et al. (1996). Это может помочь понять динамику темной энергии в обзорах ( Южнополярный телескоп, Атакамский космологический телескоп, Планк ).

Наблюдения

Первые измерения теплового эффекта Сюняева – Зельдовича на Большой миллиметровой решетке Атакамы с одним из самых массивных известных скоплений галактик, RX J1347.5-1145.

В 1984 году исследователи из Кембриджской радиоастрономической группы и радиообсерватории Оуэнс-Вэлли впервые обнаружили эффект Сюняева – Зельдовича в скоплениях галактик. Десять лет спустя с помощью телескопа Райла впервые было получено изображение скопления галактик в эффекте Сюняева – Зельдовича.

В 1987 году спутник Cosmic Background Explorer (COBE) наблюдал реликтовое излучение и дал более точные данные об анизотропии реликтового излучения, что позволило более точно проанализировать эффект Сюняева – Зельдовича.

Инструменты, созданные специально для изучения этого эффекта, включают камеру Сюняева-Зельдовича на эксперименте « Атакама-следопыт» и массив Сюняева-Зельдовича, которые впервые увидели свет в 2005 году. В 2012 году Космологический телескоп Атакамы (ACT) выполнил первое статистическое обнаружение кинематический эффект СЗ. В 2012 году кинематический СЗ-эффект был впервые обнаружен у отдельного объекта в MACS J0717.5 + 3745.

По состоянию на 2015 год Южнополярный телескоп (СПД) использовал эффект Сюняева – Зельдовича для обнаружения 415 скоплений галактик. Эффект Сюняева – Зельдовича был и будет важным инструментом в открытии сотен скоплений галактик.

Недавние эксперименты, такие как телескоп на воздушном шаре OLIMPO, пытаются собрать данные в определенных частотных диапазонах и определенных областях неба, чтобы точно определить эффект Сюняева – Зельдовича и дать более точную карту определенных областей неба.

использованная литература

дальнейшее чтение

Рефаэли, Ю. (1995). «Комптонизация космического микроволнового фона: эффект Сюняева – Зельдовича». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 33 (1): 541–580. Bibcode : 1995ARA amp; A..33..541R. DOI : 10.1146 / annurev.aa.33.090195.002545.
Barbosa, D.; Бартлетт, Дж. Г.; Blanchard, A.; Оукбир, Дж. (1996). «Эффект Сюняева – Зельдовича и значение Ω 0 ». Астрономия и астрофизика. 314: 13–17. arXiv : astro-ph / 9511084. Bibcode : 1996a amp; A... 314... 13В.
Birkinshaw, M.; Gull, SF; Хардебек, Х. (1984). «Эффект Сюняева – Зельдовича в отношении трех скоплений галактик». Природа. 309 (5963): 34–35. Bibcode : 1984Natur.309... 34B. DOI : 10.1038 / 309034a0. S2CID 4276748.
Биркиншоу, Марк (1999). «Эффект Сюняева Зельдовича». Отчеты по физике. 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.
Cen, Renyue; Иеремия П. Острикер (1994). «Гидродинамический подход к космологии: космологический сценарий смешанной темной материи». Астрофизический журнал. 431 (1994): 451. arXiv : astro-ph / 9404011. Bibcode : 1994ApJ... 431..451C. CiteSeerX 10.1.1.254.3635. DOI : 10.1086 / 174499. S2CID 1284598. Архивировано из оригинального 22 февраля 2004 года.
Ху, Цзянь; Ю-Цин Лу (2004). «Магнитный эффект Сюняева – Зельдовича в скоплениях галактик». Письма в астрофизический журнал. 606 (1): L1 – L4. arXiv : astro-ph / 0402669. Bibcode : 2004ApJ... 606L... 1H. DOI : 10.1086 / 420896. S2CID 10520376.
Ма, Чунг-Пей ; Дж. Н. Фрай (27 мая 2002 г.). «Нелинейный кинетический эффект Сюняева – Зельдовича». Письма с физическим обзором. 88 (21): 211301. arXiv : astro-ph / 0106342. Bibcode : 2002PhRvL..88u1301M. DOI : 10.1103 / PhysRevLett.88.211301. PMID 12059470. S2CID 5655238.
Майерс, AD; Шанкс, Т.; и другие. (2004). «Доказательства расширенного эффекта SZ в данных WMAP». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 347 (4): L67 – L72. arXiv : astro-ph / 0306180. Bibcode : 2004MNRAS.347L..67M. DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2004.07449.x. S2CID 53119165.
Спрингель, Фолькер; Белый, Мартин; Эрнквист, Ларс (2001). «Гидродинамическое моделирование эффекта (ов) Сюняева – Зельдовича». Астрофизический журнал. 549 (2): 681–687. arXiv : astro-ph / 0008133. Bibcode : 2001ApJ... 549..681S. DOI : 10,1086 / 319473. S2CID 6728519.
Сюняев Р.А.; Я. Б. Зельдович (1970). «Мелкомасштабные колебания реликтового излучения». Астрофизика и космическая наука. 7 (1): 3–19. Bibcode : 1970Ap amp; SS... 7.... 3S. doi : 10.1007 / BF00653471 (неактивен 31 мая 2021 г.).CS1 maint: DOI неактивен с мая 2021 г. ( ссылка )
Сюняев Р.А.; Я. Б. Зельдович (1980). «Фоновое микроволновое излучение как зонд современной структуры и истории Вселенной». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 18 (1): 537–560. Bibcode : 1980ARA amp; A..18..537S. DOI : 10.1146 / annurev.aa.18.090180.002541.
Диего, JM; Martinez, E.; Sanz, JL; Benitez, N.; Силк, Дж. (2002). «Эффект Сюняева – Зельдовича как космологический дискриминатор». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 331 (3): 556–568. arXiv : astro-ph / 0103512. Bibcode : 2002MNRAS.331..556D. DOI : 10.1046 / j.1365-8711.2002.05039.x. S2CID 10486016.
Королевское астрономическое общество, искаженные отголоски Большого взрыва? Уведомление для прессы РАН, номер 04/01

внешние ссылки

Поврежденные отголоски Большого взрыва? Innovations-report.com.
Эффект Сюняева – Зельдовича на arxiv.org