선야예프-젤도비치 효과

Sunyaev–Zeldovich effect
시리즈의 일부
물리우주론
초기 우주
배경
확장 · 미래
구성품 · 구조물
구성 요소들
구조.
실험
사이언티스트
과목이력

순야예프-젤도비치 효과(Rashid Sunyev and Yakov B. Zeldovich effect)는 은하단에서 고에너지 전자에 의한 역 콤프턴 산란을 통한 우주 마이크로파 배경(CMB)의 스펙트럼 왜곡입니다. 저에너지 CMB 광자가 고에너지 클러스터 전자와 충돌하는 동안 평균 에너지 증가를 받는 경우. 우주 마이크로파 배경 스펙트럼의 관측된 왜곡은 우주의 밀도 교란을 감지하는 데 사용됩니다. 태양예프-젤도비치 효과를 이용하여 밀집된 은하단이 관측되었습니다.

개요

선야예프-젤도비치 효과는 CMB의 이방성을 설명하기 위해 라시드 선야예프와 야코프 젤도비치에 의해 예측되었습니다. 이 효과는 CMB가 고에너지 전자와 상호작용하기 때문에 발생합니다. 이러한 고에너지 전자는 CMB 광자의 역 콤프턴 산란을 유발하여 CMB의 방사선 스펙트럼에 왜곡을 일으킵니다. 태양예프-젤도비치 효과는 은하단을 관찰할 때 가장 뚜렷하게 나타납니다. 더 높은 각도 해상도(높은ℓ\ell} -값)에서 CMB 데이터를 분석하려면 Sunyev-Zeldovich 효과를 고려해야 합니다.

선야예프-젤도비치 효과는 다음과 같은 다양한 유형으로 나눌 수 있습니다.

태양예프-젤도비치 효과는 주요 천체물리학 및 우주론적 관심사입니다. 허블상수의 값을 결정하고, 새로운 은하단의 위치를 결정하고, 성단 구조와 질량 연구에 도움을 줄 수 있습니다. 태양예프-젤도비치 효과는 산란 효과이기 때문에 그 크기는 적색편이와 무관하며, 이는 적색편이가 높은 성단은 적색편이가 낮은 성단과 마찬가지로 쉽게 감지될 수 있음을 의미합니다.

열효과

많은 수의 고에너지 전자로 인한 CMB의 왜곡은 열 선야예프-젤도비치 효과로 알려져 있습니다. 열선야예프-젤도비치 효과는 은하단에서 가장 일반적으로 연구됩니다. 선야예프-젤도비치 효과와 X선 방출 데이터를 비교함으로써 성단의 열 구조를 연구할 수 있으며, 온도 프로파일이 알려진 경우 선야예프-젤도비치 데이터를 사용하여 시선을 따라 성단의 중입자 질량을 결정할 수 있습니다.[2] 선야예프-젤도비치와 X선 데이터를 비교하는 것도 성단의 각지름 거리를 이용하여 허블 상수를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.[3] 이러한 열 왜곡은 덜 중요하고 더 감지하기 어렵지만 슈퍼클러스터와 로컬 그룹의 가스에서도 측정할 수 있습니다. 슈퍼클러스터에서는 효과가 강하지 않지만(< 8 μK), 충분히 정확한 장비로 이러한 왜곡을 측정하면 대규모 구조 형성을 엿볼 수 있습니다. 특정 각도 척도에 대해 CMB를 측정할 때 고려해야 하는 열 선야예프-젤도비치 효과로 인해 로컬 그룹의 가스가 CMB에 이방성을 일으킬 수도 있습니다.[2]

운동학적 효과

운동학적인 선야예프-젤도비치 효과는 은하단이 허블 흐름에 대해 상대적으로 움직일 때 발생합니다. 운동학적인 선야예프-젤도비치 효과는 특이한 속도를 계산하는 방법을 제공합니다.

여기서 는 고유 속도이고τdisplaystyle \tau}는 광학 깊이입니다. 이 방정식을 사용하기 위해서는 열 효과와 운동 효과가 분리되어야 합니다. 그 효과는 대부분의 은하단에서 상대적으로 약합니다. 중력 렌즈를 사용하여 특이한 속도는 특정 은하단에 대한 다른 속도 성분을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.[2] 이러한 운동학적 효과는 허블 상수와 성단의 거동을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

조사.

현재 연구는 은하단 내 플라즈마에 의해 효과가 어떻게 생성되는지 모델링하고, 허블 상수를 추정하고 배경 변동의 각도 평균 통계에서 다른 구성 요소를 분리하는 효과를 사용하는 데 중점을 두고 있습니다. 이론에서 열 및 운동 효과에 대한 데이터를 얻기 위해 유체역학적 구조 형성 시뮬레이션이 연구되고 있습니다.[5] 효과의 진폭이 작고 실험 오차 및 CMB 온도 변동의 다른 원인과의 혼동으로 인해 관측이 어렵습니다. 은하단으로 인한 SZ 효과를 일반적인 밀도 섭동과 구별하기 위해 우주 마이크로파 배경의 변동의 스펙트럼 의존성과 공간 의존성이 모두 사용됩니다.

높은 적색편이 성단 탐지를 용이하게 하는 요인은 각도 척도 대 적색편이 관계입니다. 0.3과 2의 적색편이 사이에서 거의 변하지 않으며, 이는 이러한 적색편이 사이의 성단이 하늘에서 비슷한 크기를 가지고 있다는 것을 의미합니다. 우주론적 매개변수의 결정을 위해 그들의 선야예프-젤도비치 효과에 의해 감지된 성단의 조사 사용은 Barbosa et al. (1996)에 의해 입증되었습니다. 이는 조사에서 암흑 에너지의 역학을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다(남극 망원경, 아타카마 우주 망원경, 플랑크).

관측치

This picture taken by the Atacama Large Millimeter Array is known to be one of the most galaxy clusters, known as RX J1347-1145
가장 거대한 은하단 중 하나인 RX J1347.5-1145와 함께 아타카마 대형 밀리미터 어레이의 열 선야예프-젤도비치 효과를 최초로 측정했습니다.[6]

1984년 캠브리지 전파천문학 그룹과 오웬스 밸리 전파천문대의 연구원들은 은하단으로부터 태양-젤도비치 효과를 처음으로 발견했습니다.[7] 10년 후, 라일 망원경은 태양-젤도비치 효과에 있는 은하단을 처음으로 촬영하는데 사용되었습니다.[8]

1987년 우주배경탐사선(COBE) 위성은 CMB를 관측하고 CMB의 이방성에 대한 더 정확한 데이터를 제공함으로써 선야예프-젤도비치 효과를 더 정확하게 분석할 수 있게 되었습니다.[2]

효과를 연구하기 위해 특별히 제작된 장비로는 2005년에 처음으로 빛을 본 Atacama Pathfinder Experiment의 Sunyev-Zeldovich 카메라와 [9]Sunyev-Zeldovich Array가 있습니다. 2012년, 아타카마 우주 망원경(ACT)은 운동학적 SZ 효과를 최초로 통계적으로 탐지했습니다.[10] 2012년 MACS J0717.5+3745에서 처음으로 개별 물체에서 운동학적 SZ 효과가 감지되었습니다.[11]

2015년 현재, 남극 망원경(SPT)은 태양-젤도비치 효과를 이용하여 415개의 은하단을 발견했습니다.[12] 태양예프-젤도비치 효과는 수백 개의 은하단을 발견하는 데 중요한 도구가 되어 왔고 앞으로도 계속될 것입니다.

올림포 풍선 망원경과 같은 최근의 실험들은 태양예프-젤도비치 효과를 정확하게 파악하고 하늘의 특정 지역에 대한 보다 정확한 지도를 제공하기 위해 하늘의 특정 주파수 대역과 특정 지역에서 데이터를 수집하려고 합니다.[13]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Ostriker, Jeremiah P. & Vishniac, Ethan T. (1986). "Generation of Microwave Background Fluctuations from Nonlinear Perturbations at the Era of Galaxy Formation". Astrophysical Journal Letters. 306: L51. Bibcode:1986ApJ...306L..51O. doi:10.1086/184704.
  2. ^ a b c d Birkinshaw, M (March 1999). "The Sunyaev–Zel'dovich effect". Physics Reports. 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.
  3. ^ Birkinshaw, M.; Hughes, J. P. (January 1994). "A measurement of the Hubble constant from the X-ray properties and the Sunyaev-Zel'dovich effect of Abell 2218". The Astrophysical Journal. 420: 33. Bibcode:1994ApJ...420...33B. doi:10.1086/173540. ISSN 0004-637X.
  4. ^ Tartari, A.; Boella, G.; Candotti, M.; Gervasi, M.; Natale, V.; Passerini, A.; Sironi, G.; Zannoni, M. (9 July 2003). "Sunyaev Zel'dovich effect studies with MASTER". Memorie della Societa Astronomica Italiana Supplementi. 2: 44. arXiv:astro-ph/0307166. Bibcode:2003MSAIS...2...44T.
  5. ^ Cunnama D., Faltenbacher F.; Passmoor S., Cress C.; Cress, C.; Passmoor, S. (2009). "The velocity-shape alignment of clusters and the kinetic Sunyaev–Zeldovich effect". MNRAS Letters. 397 (1): L41–L45. arXiv:0904.4765. Bibcode:2009MNRAS.397L..41C. doi:10.1111/j.1745-3933.2009.00680.x. S2CID 9809159.
  6. ^ "ALMA's Hole in the Universe". eso.org. Retrieved 20 February 2017.
  7. ^ Birkinshaw, M.; Gull, S.F.; Hardebeck, H. (1984). "The Sunyaev-Zeldovich effect towards three clusters of galaxies". Nature. 309 (5963): 34–35. Bibcode:1984Natur.309...34B. doi:10.1038/309034a0. S2CID 4276748.
  8. ^ Saunders, Richard (26 November 1996). "Sunyaev-Zel'dovich observations with the Ryle Telescope". arXiv:astro-ph/9611213.
  9. ^ Schwan, D.; Ade, P. a. R.; Basu, K.; Bender, A. N.; Bertoldi, F.; Cho, H.-M.; Chon, G.; Clarke, John; Dobbs, M.; Ferrusca, D.; Güsten, R. (1 September 2011). "Invited Article: Millimeter-wave bolometer array receiver for the Atacama pathfinder experiment Sunyaev-Zel'dovich (APEX-SZ) instrument". Review of Scientific Instruments. 82 (9): 091301. arXiv:1008.0342. Bibcode:2011RScI...82i1301S. doi:10.1063/1.3637460. ISSN 0034-6748. PMID 21974566. S2CID 33402455.
  10. ^ Hand, Nick; Addison, Graeme E.; Aubourg, Eric; Battaglia, Nick; Battistelli, Elia S.; Bizyaev, Dmitry; Bond, J. Richard; Brewington, Howard; Brinkmann, Jon; Brown, Benjamin R.; Das, Sudeep; Dawson, Kyle S.; Devlin, Mark J.; Dunkley, Joanna; Dunner, Rolando; Eisenstein, Daniel J.; Fowler, Joseph W.; Gralla, Megan B.; Hajian, Amir; Halpern, Mark; Hilton, Matt; Hincks, Adam D.; Hlozek, Renée; Hughes, John P.; Infante, Leopoldo; Irwin, Kent D.; Kosowsky, Arthur; Lin, Yen-Ting; Malanushenko, Elena; et al. (2012). "Detection of Galaxy Cluster Motions with the Kinematic Sunyaev–Zeldovich Effect". Physical Review Letters. 109 (4): 041101. arXiv:1203.4219. Bibcode:2012PhRvL.109d1101H. doi:10.1103/PhysRevLett.109.041101. PMID 23006072. S2CID 11392448.
  11. ^ Mroczkowski, Tony; Dicker, Simon; Sayers, Jack; Reese, Erik D.; Mason, Brian; Czakon, Nicole; Romero, Charles; Young, Alexander; Devlin, Mark; Golwala, Sunil; Korngut, Phillip (10 December 2012). "A Multi-Wavelength Study of the Sunyaev-Zel'dovich Effect in the Triple-Merger Cluster Macs J0717.5+3745 with Mustang and Bolocam". The Astrophysical Journal. 761 (1): 47. arXiv:1205.0052. Bibcode:2012ApJ...761...47M. doi:10.1088/0004-637X/761/1/47. ISSN 0004-637X. S2CID 50951413.
  12. ^ Bleem, L. E.; Stalder, B.; de Haan, T.; Aird, K. A.; Allen, S. W.; Applegate, D. E.; Ashby, M. L. N.; Bautz, M.; Bayliss, M.; Benson, B. A.; Bocquet, S. (29 January 2015). "Galaxy Clusters Discovered Via the Sunyaev-Zel'dovich Effect in the 2500-Square-Degree SPT-Sz Survey". The Astrophysical Journal Supplement Series. 216 (2): 27. arXiv:1409.0850. Bibcode:2015ApJS..216...27B. doi:10.1088/0067-0049/216/2/27. hdl:1721.1/96784. ISSN 1538-4365. S2CID 6663564.
  13. ^ Nati, F.; et al. (1 March 2007). "The OLIMPO experiment". New Astronomy Reviews. 51 (3–4): 385–389. Bibcode:2007NewAR..51..385N. doi:10.1016/j.newar.2006.11.066. ISSN 1387-6473.

더보기

외부 링크