Спектральные искажения космического микроволнового фона в скоплениях галактик
Sunyaev–Zeldovich effect
Эффект СЗ (Суняева-Зельдовича): искажение реликтового излучения в скоплениях галактик. Обнаружение и изучение плотности Вселенной с помощью обратного комптоновского рассеяния.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Спектральное искажение космического микроволнового фона в скоплениях галактик
Spectral distortion of cosmic microwave background in galaxy clusters
Эффект Суняева — Зелдовича (названный в честь Рашида Суняева и Якова Б. Зелдовича и часто сокращаемый как эффект СЗ) — это спектральное искажение космического микроволнового фона (КМФ) в результате обратного рассеяния Комптона высокоэнергетическими электронами в скоплениях галактик, при котором фотоны КМФ с низкой энергией получают в среднем прирост энергии при столкновении с высокоэнергетическими электронами скопления. Наблюдаемые искажения спектра космического микроволнового фона используются для обнаружения неоднородностей плотности во Вселенной. С помощью эффекта Суняева — Зелдовича были обнаружены плотные скопления галактик.
The Sunyaev–Zeldovich effect (named after Rashid Sunyaev and Yakov B. Zeldovich and often abbreviated as the SZ effect) is the spectral distortion of the cosmic microwave background (CMB) through inverse Compton scattering by high energy electrons in galaxy clusters, in which the low energy CMB photons receive an average energy boost during collision with the high energy cluster electrons. Observed distortions of the cosmic microwave background spectrum are used to detect the disturbance of density in the universe. Using the Sunyaev–Zeldovich effect, dense clusters of galaxies have been observed.
Термические эффекты
Искажение космического микроволнового фона (CMB), вызванное большим количеством электронов высокой энергии, известно как тепловой эффект Суняева — Зельдовича. Тепловой эффект Суняева — Зельдовича чаще всего изучается в скоплениях галактик. Сравнивая данные об эффекте Суняева — Зельдовича и рентгеновском излучении, можно изучить тепловую структуру скопления, и если известен температурный профиль, данные Суняева — Зельдовича могут быть использованы для определения барионной массы скопления вдоль линии визирования. Сравнение данных Суняева — Зельдовича и рентгеновских лучей также может быть использовано для определения постоянной Хаббла, используя расстояние по угловому диаметру до скопления. Эти тепловые искажения также могут быть измерены в суперкластерах и в газах в локальной группе, хотя они менее значительны и их труднее обнаружить. В суперкластерах эффект не силен (< 8 мкК), но при достаточно точном оборудовании измерение этого искажения может дать представление о формировании крупномасштабной структуры. Газы в локальной группе также могут вызывать анизотропии в CMB из-за теплового эффекта Суняева — Зельдовича, который необходимо учитывать при измерении CMB для определенных угловых масштабов. Для использования этого уравнения необходимо разделить тепловые и кинематические эффекты. Эффект относительно слаб для большинства скоплений галактик. Используя гравитационное линзирование, можно использовать пекулярную скорость для определения других компонентов скорости для конкретного скопления галактик. Наблюдения затруднены из-за малой амплитуды эффекта и путаницы с экспериментальной ошибкой и другими источниками флуктуаций температуры CMB. Для того чтобы отличить эффект СЗ, вызванный скоплениями галактик, от обычных возмущений плотности, используются как спектральная, так и пространственная зависимость флуктуаций в космическом микроволновом фоне. Фактором, облегчающим обнаружение скоплений с высоким красным смещением, является зависимость углового масштаба от красного смещения: она мало меняется между красными смещениями 0,3 и 2, что означает, что скопления между этими красными смещениями имеют схожие размеры на небе. Использование обзоров скоплений, обнаруженных по эффекту Суняева — Зельдовича, для определения космологических параметров было продемонстрировано Барбозой и др. (1996). Это может помочь в понимании динамики темной энергии в обзорах (Телескоп Южного полюса, Космологический телескоп Атакамы, Planck).
The distortion of the CMB resulting from a large number of high energy electrons is known as the thermal Sunyaev–Zeldovich effect. The thermal Sunyaev–Zeldovich effect is most commonly studied in galaxy clusters. By comparing the Sunyaev–Zeldovich effect and X ray emission data, the thermal structure of the cluster can be studied, and if the temperature profile is known, Sunyaev–Zeldovich data can be used to determine the baryonic mass of the cluster along the line of sight. Comparing Sunyaev–Zeldovich and X ray data can also be used to determine the Hubble constant using the angular diameter distance of the cluster. These thermal distortions can also be measured in superclusters and in gases in the local group, although they are less significant and more difficult to detect. In superclusters, the effect is not strong (< 8 μK), but with precise enough equipment, measuring this distortion can give a glimpse into large scale structure formation. Gases in the local group may also cause anisotropies in the CMB due to the thermal Sunyaev–Zeldovich effect which must be taken into account when measuring the CMB for certain angular scales. In order to use this equation, the thermal and kinematic effects need to be separated. The effect is relatively weak for most galaxy clusters. Using gravitational lensing, the peculiar velocity can be used to determine other velocity components for a specific galaxy cluster. Observations are difficult due to the small amplitude of the effect and to confusion with experimental error and other sources of CMB temperature fluctuations. To distinguish the SZ effect due to galaxy clusters from ordinary density perturbations, both the spectral dependence and the spatial dependence of fluctuations in the cosmic microwave background are used. A factor which facilitates high redshift cluster detection is the angular scale versus redshift relation: it changes little between redshifts of 0.3 and 2, meaning that clusters between these redshifts have similar sizes on the sky. The use of surveys of clusters detected by their Sunyaev–Zeldovich effect for the determination of cosmological parameters has been demonstrated by Barbosa et al. (1996). This might help in understanding the dynamics of dark energy in surveys (South Pole Telescope, Atacama Cosmology Telescope, Planck).
Замечания
В 1984 году исследователи из Кембриджской радиоастрономической группы и радиообсерватории долины Оуэнса впервые обнаружили эффект Суняева — Зельдовича в скоплениях галактик. Десять лет спустя телескоп Райл впервые получил изображение скопления галактик в эффекте Суняева — Зельдовича. В 1987 году спутник «Исследователь космического микроволнового фона» (COBE) наблюдал реликтовое излучение и предоставил более точные данные об анизотропиях в реликтовом излучении, что позволило более точно анализировать эффект Суняева — Зельдовича. В 2005 году впервые увидели свет массив Суняева — Зельдовича. В 2012 году телескоп Атакама (ACT) впервые выполнил статистическое обнаружение кинематического эффекта СЗ. В 2012 году кинематический эффект СЗ был обнаружен в отдельном объекте впервые в MACS J0717.5+3745. По состоянию на 2015 год телескоп Южного полюса (SPT) использовал эффект Суняева — Зельдовича для обнаружения 415 скоплений галактик. Эффект Суняева — Зельдовича был и остаётся важным инструментом для обнаружения сотен скоплений галактик. Недавние эксперименты, такие как телескоп OLIMPO, поднимаемый на воздушном шаре, стремятся собирать данные в определенных частотных диапазонах и на определенных участках неба, чтобы более точно выделить эффект Суняева — Зельдовича и получить более точную карту отдельных областей неба.
In 1984, researchers from the Cambridge Radio Astronomy Group and the Owens Valley Radio Observatory first detected the Sunyaev–Zeldovich effect from clusters of galaxies. Ten years later, the Ryle Telescope was used to image a cluster of galaxies in the Sunyaev–Zeldovich effect for the first time. In 1987 the Cosmic Background Explorer (COBE) satellite observed the CMB and gave more accurate data for anisotropies in the CMB, allowing for more accurate analysis of the Sunyaev–Zeldovich effect. and the Sunyaev–Zeldovich Array, which both saw first light in 2005. In 2012, the Atacama Cosmology Telescope (ACT) performed the first statistical detection of the kinematic SZ effect. In 2012 the kinematic SZ effect was detected in an individual object for the first time in MACS J0717.5+3745. As of 2015, the South Pole Telescope (SPT) had used the Sunyaev–Zeldovich effect to discover 415 galaxy clusters. The Sunyaev–Zeldovich effect has been and will continue to be an important tool in discovering hundreds of galaxy clusters. Recent experiments such as the OLIMPO balloon borne telescope try to collect data in specific frequency bands and specific regions of the sky in order to pinpoint the Sunyaev–Zeldovich effect and give a more accurate map of certain regions of the sky.