Masa gromad może wskazywać obecność ciemnej materii i energii
Pojedyncza gromada galaktyk może wielkością odpowiadać biliardom słońc, a bogate gromady stanowią istotne źródło promieniowania rentgenowskiego w kosmosie. Tak duże struktury zawierają istotne informacje na temat początków Wszechświata i mogą pomóc nam odkryć prawdziwą naturę ciemnej energii i ciemnej materii. Precyzyjne oszacowanie masy dużej liczby obiektów wymaga pokonania szeregu trudności, włączając w to określenie kryteriów wyboru próby i systematyki pomiarów. Naukowcy uczestniczący w finansowanej przez UE inicjatywie GALCLU _ASTRO_COSMO przygotowali nowy zestaw symulacji kosmologicznych koncentrujących się na wyjaśnieniu odchyleń w procesie wyznaczania masy na podstawie analiz promieniowania rentgenowskiego oraz na wskazaniu optymalnych metod wyboru prób gromad. Zespół projektowy opracował trzy oddzielne zestawy dla tego samego zbioru gromad zawierającego około stu obiektów, różnicując właściwości fizyczne składnika gazowego uwzględnionego w kodzie. Przeprowadzono trzy symulacje, wykorzystując nowoczesną wersję kodu hydrodynamicznego. Zawiera ona rozwiązanie kwestii dyfuzji numerycznej, które pozwala pokonać problem ograniczonego mieszania się gazów o zróżnicowanej entropii. Wysoka zgodność z rozkładem entropii obserwowanych gromad była dla zespołu projektowego imponującym – aczkolwiek niespodziewanym – rezultatem. Obserwacje promieniowania X wyraźnie dowodzą jednoczesnej obecności obiektów o zimnym i niezimnym jądrze, czyli gromad, których centralny obszar wypełnia gaz o niskiej lub wysokiej entropii. Porównanie tych symulacji do obserwacji promieniowania rentgenowskiego i obserwacji milimetrowych wykazało pełną zgodność z różnymi wartościami termo- i chemodynamicznymi, włączając w to gęstość gazu, temperaturę i ciśnienie. Naukowcom udało się wskazać źródło odchyleń w obrębie masy. Przy większej próbie przeprowadzono normalizację i obliczono nachylenie krzywej relacji praw potęgowych łączących całkowitą masę systemów z innymi właściwościami, które łatwo wyznaczyć na podstawie obserwacji, a następnie przyjrzano się ich ewolucji. Badanie obejmowało obliczenie masy całkowitej i gazowej oraz temperatury i jasności promieniowania X z uwzględnieniem zachodzących w ich obrębie zmian w ciągu ostatnich 10 miliardów lat. Wnioski opracowane przez uczestników inicjatywy zostały opublikowane w wielu recenzowanych czasopismach naukowych. Kolejnym krokiem, który miał przedstawić społeczeństwu znaczenie przeprowadzonych badań, była prezentacja osiągnięć projektu nie tylko na konferencjach i seminariach, lecz także podczas wykładów dla uczniów szkół ponadpodstawowych.
Słowa kluczowe
Masa gromady, gromada galaktyk, ciemna materia, ciemna energia, GALCLU _ASTRO_COSMO, symulacja kosmologiczna
