پس زمینه مایکروویو کیهانی شواهدی از جریان گاز در خوشه های کهکشانی ارائه می دهد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) درخششی ضعیف در جهان است که قدمت آن به حدود 380000 سال پس از انفجار بزرگ، مدت‌ها قبل از ظهور ستاره‌ها یا کهکشان‌ها بازمی‌گردد. تشخیص این نور و نقشه برداری از نوسانات آن بینش های ارزشمندی در مورد سن و ترکیب کیهان ارائه می دهد.

محققان دانشگاه کلمبیا اخیرا داده‌های CMB را تجزیه و تحلیل کردند و شواهدی از سیگنال CMB جمع‌آوری کردند که می‌تواند توسط حرکت‌های گاز داخلی در خوشه‌های کهکشانی، مجموعه‌های بزرگی از کهکشان‌ها که توسط گرانش در کنار هم نگه داشته می‌شوند، تولید شود. یافته‌های آن‌ها که در Physical Review Letters منتشر شده است، سرنخ‌های قبلی از این حرکت گاز و پدیده‌ای به نام اثر سینماتیک چرخشی Sunyaev-Zel'dovich (rkSZ) که توسط ستاره‌شناسان دیگر گزارش شده است را تقویت می‌کند.

ساموئل گلدشتاین، نویسنده اول مقاله، به Phys.org گفت: «این پروژه پس از جلسه ای با مشاور دکتری من، جی. کالین هیل، آغاز شد، که در آن سیگنال هایی در CMB که هنوز مشاهده نشده بودند، مورد بحث قرار گرفت. یکی از اینها اثر rkSZ است. همانطور که فوتون های CMB از میان یک خوشه کهکشانی عبور می کنند، گاز یونیزه شده آن را پراکنده می کنند و اگر گاز در حال چرخش باشد، یک طرف خوشه کمی گرمتر و طرف دیگر کمی سردتر به نظر می رسد.

مطالعه گلدشتاین و هیل از کارهای قبلی اریک باکستر و همکارانش در دانشگاه پنسیلوانیا و سایر موسسات الهام گرفته است. این مطالعه قبلی نکات اولیه سیگنال rkSZ را در خوشه های کهکشانی ارائه کرد.

گلدشتاین می‌گوید: «ما با تجزیه و تحلیل نمونه بزرگ‌تری از خوشه‌ها و توسعه چندین تکنیک جدید تجزیه و تحلیل داده‌ها برای بهبود حساسیت خود به اثر rkSZ، کار آنها را انجام دادیم.

حرکت گاز در داخل خوشه های کهکشانی می تواند چندین اثر ظریف بر روی CMB باقی بگذارد. برای مثال، پیش‌بینی‌های نظری نشان می‌دهد که تابش کمی تغییر می‌کند و تغییر دما ایجاد می‌کند.

گلدشتاین توضیح داد: "به دلیل اثر داپلر، حرکت گاز به سمت ما باعث می شود CMB کمی داغ تر به نظر برسد، در حالی که حرکت گاز کمی آن را سردتر می کند." در نتیجه، خوشه‌ای که محور چرخش آن عمود بر خط دید ما قرار دارد، در سمتی که به ما نزدیک می‌شود کمی داغ‌تر و در سمتی که عقب می‌رود کمی سردتر به نظر می‌رسد و یک الگوی دوقطبی در سراسر خوشه ایجاد می‌کند.

سیگنال حاصل از جریان گاز معمولا آنقدر ضعیف است که در یک خوشه کهکشانی قابل تشخیص نیست. بنابراین گلدشتاین و هیل مشاهدات CMB جمع‌آوری‌شده از 25 خوشه مختلف را که نشانه‌هایی از حرکت درونی، مانند چرخش خوشه‌ها و ادغام‌ها را نشان می‌دهند، تراز و میانگین گرفتند.

هر یک از 25 خوشه ای که آنها بررسی کردند از حداقل 50 کهکشان عضو تشکیل شده بود که توسط بررسی آسمان دیجیتال اسلون (SDSS) ثبت شده بود. SDSS یک بررسی نجومی بزرگ است که هدف آن نقشه برداری از آسمان، گرفتن تصاویر و طیف های نوری از ستارگان، کهکشان ها و دیگر اجرام در کیهان است.

محققان نقشه‌های Planck CMB را پردازش کردند، نقشه‌های CMB در آسمان که از اندازه‌گیری‌های ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا به دست آمده بود تا نوسانات نامرتبط را کاهش دهند. سپس نقشه‌های CMB را در حول 25 خوشه تراز، تغییر مقیاس و میانگین‌گیری کردند.

گلدشتاین می‌گوید: «ما محور چرخش هر خوشه را از حرکت کهکشان‌های عضو آن تخمین زدیم، نقشه پلانک CMB را در اطراف هر خوشه برش دادیم، برش‌ها را به‌گونه‌ای چرخاندیم که محورهای چرخش در یک راستا قرار گیرند، و میانگین را در تمام 25 خوشه محاسبه کردیم. ما همچنین چندین تکنیک را برای بهبود حساسیت خود توسعه دادیم، از جمله وزن دهی بهینه هر خوشه و استفاده از داده های قطبش برای کاهش نویز در نقشه ها.

این مطالعه شواهد جدیدی برای اثر rkSZ ارائه می‌کند که به حرکت گاز داخلی در خوشه‌های کهکشانی اشاره می‌کند. به طور خاص، تیم یک الگوی دمای دوقطبی مطابق با آن حرکات را تشخیص داد.

به عبارت ساده تر، در نقشه ترکیبی CMB که ایجاد کردند، محققان دریافتند که یک طرف خوشه ها گرمتر و طرف دیگر سردتر به نظر می رسد. این سیگنال با اثر kSZ سازگار است، یک تغییر کوچک در دمای CMB ناشی از پراکندگی نور آن از الکترون‌های گاز که به سمت ما یا از ما دور می‌شوند.

گلدشتاین می‌گوید: «اثر kSZ اخیرا به یک حوزه تحقیقاتی کاملا فعال تبدیل شده است، زیرا تکانه گاز یونیزه شده در سراسر جهان را بررسی می‌کند، که هم به محل قرار گرفتن گاز و هم به سرعت حرکت آن بستگی دارد.

"تا به امروز، بیشتر تحلیل‌های kSZ بر اندازه‌گیری توزیع گاز در و اطراف کهکشان‌ها و خوشه‌ها متمرکز شده‌اند. در مقابل، اندازه‌گیری ما حرکات گاز را در درون خوشه‌های مجزا و در سیستم‌های ادغام می‌کند. نتیجه اصلی ما شواهد 3.6 σ برای سیگنالی است که با حرکات گاز مرتبط با چرخش و ادغام خوشه‌های کهکشانی مرتبط است."

گلدشتاین و هیل با تجزیه و تحلیل داده‌های CMB، رویکرد امیدوارکننده جدیدی را برای مطالعه دینامیک خوشه‌های کهکشانی معرفی کردند. ستاره شناسان دیگر می توانند به زودی بر یافته های خود تکیه کنند و تجزیه و تحلیل های مشابهی را انجام دهند که حتی تعداد بیشتری از خوشه ها را در نظر می گیرند.

گلدشتاین افزود: "من برای جستجوی این سیگنال با داده های جدید کهکشان و CMB به ترتیب از ابزار طیف سنجی انرژی تاریک (DESI) و رصدخانه سیمونز (SO)، هیجان زده هستم.

"با هم، این مجموعه داده ها باید تشخیص چرخش منسجم را از سایر حرکات گازی در مقیاس کوچک، به ویژه آنهایی که توسط ادغام انجام می شود، ممکن سازند. همچنین امیدوارم بتوانم برخی از تکنیک هایی را که برای استخراج این سیگنال از داده های موجود توسعه داده ایم، به کار ببرم تا جستجو برای سایر اثرات ضعیف در CMB را بهبود بخشد."

توسط نویسنده ما Ingrid Fadelli، ویرایش شده توسط Sadie Harley، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

ساموئل گلدشتاین و همکاران، شواهدی از چرخش خوشه کهکشان و حرکت‌های گاز درون هالی در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی، نامه‌های بررسی فیزیکی (2026). DOI: 10.1103/lz37-crg1. در arXiv : arxiv.org/abs/2512.10951

اطلاعات مجله: Physical Review Letters , arXiv

روزنامه نگار آزاد با لیسانس روانشناسی و کارشناسی ارشد روزنامه نگاری بین المللی. از سال 2018 هوش مصنوعی، رباتیک، علوم اعصاب و اخترفیزیک را پوشش می دهد. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →