6億光年的宇宙大空洞，暗能量新成果：空洞質(zhì)量與光存在關(guān)系！

暗能量調(diào)查計(jì)劃（DES）使用億萬星系空間分布中看到的宏觀宇宙結(jié)構(gòu)模式來揭示“暗能量”本質(zhì)，“暗能量”是宇宙加速膨脹的最可能能原因。自2013年開始以來，暗能量調(diào)查計(jì)劃已經(jīng)用一臺(tái)包含5.7億像素的數(shù)碼相機(jī)和五個(gè)濾光片繪制了超過10%的天空，這些濾光片提供星系顏色來估計(jì)紅移距離。哈佛史密森天體物理學(xué)中心的天文學(xué)家是一個(gè)由7個(gè)國(guó)家400多名科學(xué)家組成研究暗能量團(tuán)隊(duì)的一部分，去年它公布了第一組數(shù)據(jù)。

宇宙空洞占據(jù)了宇宙的大部分體積，與受到引力效應(yīng)強(qiáng)烈影響的星系團(tuán)和其他致密結(jié)構(gòu)不同，更不用說與星系形成相關(guān)的過程了，這些空洞是宇宙中密度最低的區(qū)域，具有相對(duì)簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)，這使得它們?cè)诩s束宇宙學(xué)參數(shù)方面特別簡(jiǎn)單。哈佛史密森天體物理學(xué)中心的天文學(xué)家分析了第一次數(shù)據(jù)發(fā)布，目的是描述宇宙空洞周圍的質(zhì)量和光之間的關(guān)系，科學(xué)家們使用統(tǒng)計(jì)模型來分析星系的二維分布和三維分布。

后者是通過根據(jù)光度測(cè)定的紅移計(jì)算星系距離而獲得。研究發(fā)現(xiàn)，這兩種方法彼此吻合得很好，而且與空洞環(huán)境的物理原理非常簡(jiǎn)單、發(fā)射光量與質(zhì)量成正比的模型吻合得很好。直徑大約在1億到6億光年之間的空洞非常合適，足以使質(zhì)量與光的關(guān)系測(cè)試達(dá)到10%以上。隨著未來更先進(jìn)的觀測(cè)，改進(jìn)后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)該能夠?qū)χ亓?、廣義相對(duì)論和暗物質(zhì)情景進(jìn)行有用新的一致性測(cè)試。

宇宙空洞的質(zhì)量和星系輪廓是什么？在新研究中，研究人員使用兩種方法來提取暗能量調(diào)查(DES)一年紅移星系樣本中的空洞來解決這個(gè)問題。使用2D分布，或者使用基于光度紅移的星系3D分布來識(shí)別空洞。對(duì)于質(zhì)量剖面，研究測(cè)量背景星系的切向剪切剖面，以推斷超額表面質(zhì)量密度。對(duì)于這兩個(gè)空洞樣品，所測(cè)量的信噪比在10.7到14.0之間。通過基于N體模擬的模型擬合，推斷出了它們的三維密度分布，發(fā)現(xiàn)在15-85MPC范圍內(nèi)的空洞半徑有很好的一致性。

通過與星系輪廓進(jìn)行比較，可以在10%的水平上測(cè)試質(zhì)量和光之間的關(guān)系，這是迄今為止最嚴(yán)格的測(cè)試。研究還發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)輪廓的形狀非常相似，無論是在空洞半徑內(nèi)還是在空洞半徑外，質(zhì)量和光之間的線性關(guān)系都一致。研究借助模擬星表驗(yàn)證了我們的分析，并估計(jì)了光度紅移不確定度對(duì)測(cè)量的影響。該方法論可以用于宇宙學(xué)應(yīng)用，包括用空洞進(jìn)行引力測(cè)試。當(dāng)引力透鏡輪廓與通過紅移空間扭曲對(duì)空洞動(dòng)力學(xué)的光譜測(cè)量相結(jié)合時(shí)，這是特別有希望的。

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博科園｜研究/來自：哈佛史密森天體物理學(xué)中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2805

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