星系际介质和宇宙细丝的改进量化

Josiah02 · 发表于 2024-12-1 01:12:46

宇宙中的大部分物质并不存在于恒星或星系中，而是存在于它们之间的空间中，即所谓的星系际介质。这种介质温暖甚至炙热，被称为“温热星系际介质”，简称 WHIM。它包含宇宙正常质量（即重子，不包括暗物质）的约 50%，但氢离子密度低于每立方米 100 个。
其温度在 10 万到 1000 万开尔文之间，是一个由“宇宙丝”组成的网络，这些丝是星系之间伸展的高温弥散气体区域。这些宇宙丝也被称为“星系丝”，是宇宙中已知的最大结构，通常长 150 到 250 兆秒差距（5 亿到 8 亿光年），后者是银河系宽度的 8000 倍。
它们共同构成了宇宙网，并构成了宇宙空洞之间的边界，宇宙空洞是巨大的空旷空间区域，几乎没有星系。
一组来自欧洲（主要来自德国）的科学家写道：“宇宙细丝中暖热星系际介质的性质是现代天体物理学中量化程度最低的单位之一。”
他们利用 2019 年底开始勘测宇宙的卫星上的仪器，检查了近 8,000 个宇宙细丝发出的 X 射线，并使用模型确定了探测到的 WHIM 的温度和重子密度对比度。他们的研究成果发表在《天文学与天体物理学》杂志上。
宇宙细丝几乎覆盖整个宇宙。它们之间是空隙，原子密度约为每立方米一个。（这是非常强烈的真空——相比之下，我们银河系内的星际空间的密度为每立方米一百万到一万亿个原子，地球上可以创造的最佳真空约为每立方米10 16 个原子。）
离我们最近的空洞是“局部空洞”。宇宙丝状物将星系连接成一个巨大的网络；它们大多充满气体、尘埃、恒星和大量暗物质。它们非常热，处于等离子状态，但不像太阳那么热或那么致密，由电离氢原子（质子）组成，通过吸收类星体发出的光来探测。
为了研究这些结构，该小组使用了 eROSITA 的数据，eROSITA 是俄罗斯-德国光谱伦琴伽马空间天文台的一部分，是一台 X 射线仪器。（eROSITA 于 2019 年 7 月发射，原计划对整个天空进行为期七年的成像，但该仪器于 2022 年 2 月停止收集数据，即俄罗斯入侵乌克兰和机构关系破裂两天后。）
2021 年 12 月 12 日至 19 日期间，研究人员利用四组“堆叠”扫描（即多次拍摄同一幅图像，这是处理单次扫描强度较弱的常用方法）收集了约 1 千电子伏特（波长约为 1 纳米）的 X 射线光谱。然后，他们使用了 2011 年斯隆数字巡天项目汇编的光学细丝目录，其中包含超过 63,000 条细丝。
他们假设了正则ΛCDM 模型的标准宇宙学参数——哈勃常数、物质密度、重子密度和暗物质能量密度，计算出了细丝的物理长度。
接下来是冗长的数据分析。首先，他们获得了所有细丝在离散距离处的表面亮度分布，仔细考虑了一系列影响，例如投影效应、重叠细丝并减去每个细丝附近的局部背景。
接下来，他们估算了每个信号中由未被掩盖的星系源（例如 X 射线探测到的点源、星系团和星系群以及其他复杂因素）所导致的分数。最后，详细的天体物理模型（一些来自已建立的库）、仪器偏差校正和统计推理给出了弱热星系际介质 (WHIM) 中气体的最佳拟合温度和密度分布。
他们拟合的最佳温度是 10 6.84开尔文，约为 700 万 K。至于重子密度对比度（重子密度与重子平均密度之间的差异），他们发现是 10 1.88，即 76。WHIM 中普通物质（主要为重子）的密度是太空背景重子密度的 76 倍。
他们的平均密度对比度与数值模拟结果相符，但他们计算出的相对简单的温度接近X射线发射WHIM的上限。他们写道，这并不出乎意料，因为在拟合具有多温度性质的光谱时，简单温度预计会“偏向温度分布的高端”。
随着改进的丝状探测器的完成，以及对星系群、活跃星系核和快速射电爆发的 X 射线特性的更好理解，可以更好地从总 WHIM 信号中减去这些 X 射线，预计在未来十年内，通过此类研究对发射 X 射线的宇宙丝状体和 WHIM 的理解将有显著提高。
热宇宙重子探测器和线发射测绘仪等 X 射线任务“将能够探索 WHIM 特性的更广阔参数空间”，为神秘的星系间介质提供更多隐喻性的启示。

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册