우주 망원경과 고급 데이터 세트를 사용하여 연구자들은 우주 에너지 밀도의 약 76%를 차지하는 암흑 에너지가 우주 전체에 고르게 퍼져 있으며 시간이 지남에 따라 일정하게 유지된다는 결론을 내렸습니다.
eROSITA를 사용한 암흑 에너지에 대한 예비 연구는 암흑 에너지가 시공간에 고르게 분산되어 있음을 나타냅니다.
1920년대에 에드윈 허블이 먼 은하계를 관찰한 결과 우리 우주가 팽창하고 있다는 획기적인 결론이 나왔습니다. 그러나 Type Ia 초신성을 연구하는 과학자들이 놀라운 발견을 한 것은 1998년이 되어서였습니다. 그리고 그들은 우주가 성장하고 있을 뿐만 아니라 팽창이 가속되고 있다는 것을 발견했습니다.
“이 가속을 설명하려면 소스가 필요합니다.”라고 LMU의 천체물리학자인 Joe Mohr는 말합니다. “우리는 우주 확장을 가속화하기 위해 일종의 ‘반중력’을 제공하는 ‘암흑 에너지’라고 이 소스를 참조합니다.”
과학적으로 암흑 에너지와 우주 가속의 존재는 놀라운 일이며, 이는 물리학에 대한 우리의 현재 이해가 불완전하거나 부정확하다는 것을 나타냅니다. 기하급수적 팽창의 중요성은 2011년 발견자들이 노벨 물리학상을 수상했을 때 강조되었습니다.
“한편 암흑 에너지의 본질은 다음 노벨상 수상 문제가 되었습니다.”라고 Mohr는 말합니다.
대만 National Cheng Kung University의 I-Non Chiu는 LMU 천체물리학자 Matthias Klein, Sebastien Bouquet 및 Joe Mohr와 공동으로 eROSITA X선 망원경을 사용하여 은하단에 초점을 맞춘 최초의 암흑 에너지 연구를 발표했습니다.
암흑 에너지가 일으키는 반중력은 물체를 서로 밀어내고 중력의 인력으로 인해 형성될 거대한 우주체의 형성을 멈춥니다. 이와 같이 암흑 에너지는 우주에서 가장 큰 물체, 즉 1013에서 1015 태양 질량 범위의 총 질량을 가진 은하단이 형성되는 위치와 방법에 영향을 미칩니다.
Klein은 “우주에서 형성되는 은하단의 수를 시간의 함수로 계산하거나 관측 가능한 우주에서 적색편이의 함수로 계산함으로써 암흑 에너지의 특성에 대해 많은 것을 배울 수 있습니다.”라고 설명합니다.
그러나 은하단은 극히 드물고 찾기가 어렵기 때문에 세계에서 가장 민감한 망원경으로 하늘의 많은 부분을 스캔해야 합니다. 이를 위해 뮌헨의 막스 플랑크 외계 물리학 연구소(MPE)가 이끄는 프로젝트인 eROSITA X선 우주 망원경이 은하단을 찾기 위해 하늘을 스캔하기 위해 2019년에 발사되었습니다.
All-Sky 후속 조사의 성능을 검증하기 위해 고안된 소규모 조사인 eROSITA Final Tropical Depth Survey(eFEDS)에서 약 500개의 은하단이 발견되었습니다. 이것은 현재까지 가장 큰 저질량 은하단의 표본 중 하나이며 지난 100억 년의 우주 진화에 걸쳐 있습니다.
연구를 위해 Chiu와 동료들은 eFEDS 데이터 위에 추가 데이터 세트를 사용했습니다.[{” attribute=””>Princeton University.
The former LMU doctoral researcher I-Non Chiu and his LMU colleagues used this data to characterize the galaxy clusters in eFEDS and measure their masses using the process of weak gravitational lensing. The combination of the two datasets enabled the first cosmological study using galaxy clusters detected by eROSITA.
Their results show that, through comparison between the data and theoretical predictions, dark energy makes up around 76% of the total energy density in the universe. Moreover, the calculations indicated that the energy density of dark energy appears to be uniform in space and constant in time.
“Our results also agree well with other independent approaches, such as previous galaxy cluster studies as well as those using weak gravitational lensing and the cosmic microwave background,” says Bocquet. So far, all pieces of observational evidence, including the latest results from eFEDS, suggest that dark energy can be described by a simple constant, usually referred to as the ‘cosmological constant.’
“Although the current errors on the dark energy constraints are still larger than we would wish, this research employs a sample from eFEDS that after all occupies an area less than 1% of the full sky,” says Mohr. This first analysis has thus laid a solid foundation for future studies of the full-sky eROSITA sample as well as other cluster samples.
Reference: “Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial depth survey” by I-Non Chiu, Matthias Klein, Joseph Mohr and Sebastian Bocquet, 21 April 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad957
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