Effetto Sunyaev-Zel'dovich
In cosmologia , l' effetto Sunyaev-Zel'dovich (a volte abbreviato come effetto SZ ) è il risultato della distorsione dello sfondo cosmico diffuso da parte di elettroni ad alta energia attraverso lo scattering Compton inverso o "comptonizzazione", che consente a questi elettroni di trasferire gran parte della loro energia a fotoni di fondo diffusi a bassa energia. Queste distorsioni sono osservati nel spettro della radiazione cosmica di fondo per rilevare disturbi della densità nel universo di primaria importanza. Usando questo effetto,È stato possibile rilevare ammassi di galassie .
introduzione
L'effetto Sunyaev-Zel'dovich può essere suddiviso come segue:
- effetti termici, dove i fotoni del fondo cosmico diffuso interagiscono con gli elettroni ad alta energia a causa della loro temperatura;
- effetti cinematici , dove i fotoni del fondo diffuso cosmico interagiscono con gli elettroni ad alta energia a causa della loro energia / spostamento cinetico ;
- la polarizzazione .
Rashid Sunyaev e Yakov Zel'dovich hanno previsto l'effetto e hanno condotto ricerche nel 1969 , 1972 e 1980 . L'effetto Sunyaev-Zel'dovich è di grande interesse da un punto di vista astrofisico e cosmologico . Può aiutare a determinare il valore della costante di Hubble . Per distinguere l'effetto Sunyaev-Zel'dovich dovuto agli ammassi di galassie dai normali disturbi della densità, viene utilizzata la dipendenza spettrale e spaziale delle fluttuazioni nel fondo cosmico diffuso. L'analisi dei dati di fondo cosmico diffusi a una risoluzione angolare più elevata richiede la considerazione dell'effetto Sunyaev-Zel'dovich.
La ricerca attuale si concentra su come l'effetto è generato dal plasma negli ammassi di galassie. Questo viene fatto usando l'effetto per stimare la costante di Hubble e per separare le diverse componenti, in medie angolari statistiche, dalle fluttuazioni nel fondo cosmico diffuso. Le simulazioni di formazione della struttura idrodinamica sono studiate per ottenere dati sugli effetti termici e cinetici della teoria. Le osservazioni sono difficili. Ciò è dovuto alla piccola entità dell'effetto e alla confusione tra errori sperimentali e altre fonti di fluttuazioni termiche del fondo cosmico diffuso. Tuttavia, poiché l'effetto Sunyaev-Zel'dovich è un effetto di dispersione, la sua intensità è indipendente dal redshift. Questo è molto importante: significa che i cluster con un redshift elevato possono essere rilevati con la stessa facilità di quelli con un redshift basso. Un altro fattore, che facilita il rilevamento di cluster ad alto spostamento verso il rosso, è la relazione dimensione angolare - spostamento verso il rosso . Cambia molto poco per redshift che vanno da 0,3 a 2: i cluster il cui redshift è in questo intervallo sono di dimensioni simili nel cielo.
Vincoli sui parametri cosmologici
L'effetto SZ non solo consentirà di rilevare ammassi di galassie, ma consentirà anche di porre forti vincoli ai vari parametri cosmologici utilizzando appunto la popolazione degli ammassi. I principali parametri da vincolare sono il parametro di densità del materiale , la costante di Hubble ed i disturbi di densità contenuti in una sfera di raggio , denominata . Possiamo quindi vedere che queste sollecitazioni dipendono fortemente dalla massa degli oggetti, che purtroppo è molto difficile da misurare direttamente.
È stato quindi trovato un modo per determinare questi vincoli utilizzando la popolazione di ammassi di galassie. Viene quindi scritta la luminosità superficiale SZ di un ammasso , con una funzione dipendente dalla frequenza del segnale, ( la costante di Planck, la costante di Boltzmann e la temperatura del fondo diffuso cosmico) e il parametro Compton.
Integrando questa relazione, ne segue poi il flusso proveniente dall'ammasso , in funzione della massa dell'ammasso. Questa relazione è chiamata relazione di scala tra la luminosità SZ e la massa dell'ammasso.
La popolazione di cluster per effetto SZ è determinata calcolando il numero di cluster più luminosi di un certo flusso di soglia, dove grazie alla relazione di scala, il numero di cluster è più massiccio di una certa massa di soglia.
Infine i vincoli saranno ottenuti calcolando la popolazione di cluster vista dalle osservazioni di future missioni (South Pole Telescope e Planck ad esempio) e confrontandola con i modelli ottenuti con il metodo sopra descritto. Questi modelli dipendono fortemente dai parametri cosmologici, il che li renderà uno strumento estremamente potente per la cosmologia moderna.
Cronologia delle osservazioni
- 1983 : i ricercatori del Group Astronomy of Cambridge e dell'Owens Valley Radio Observatory furono i primi a rilevare l'effetto Sunyaev-Zel'dovich degli ammassi di galassie.
- 1993 : il telescopio Ryle inizia a osservare regolarmente l'effetto Sunyaev-Zel'dovich degli ammassi di galassie.
- 2003 : Il satellite WMAP disegna la mappa dello sfondo cosmico diffuso con una certa sensibilità all'effetto Sunyaev-Zel'dovich.
- 2005 : i minuti d'arco microkelvin Imager (dentro) e Sunyaev-Zel'dovich Array (dentro) hanno iniziato a studiare in cluster ad alto redshift usando l'effetto Sunyaev-Zel'dovich
- 2006 : Il telescopio Atacama Cosmology inizia uno studio sugli ammassi di galassie
- 2008 : il telescopio del Polo Sud ha rilevato 4 ammassi di galassie per effetto SZ, 3 dei quali sono sconosciuti
- 2009 : Il South Pole Telescope pubblica uno studio sulle osservabili di un campione di 15 ammassi di galassie
- 2011 : Il telescopio spaziale Planck pubblica un primo catalogo di circa 190 ammassi di galassie osservati in tutto il cielo, di cui una ventina sono nuovi ammassi confermati da osservazioni a raggi X
- 2013 : Il telescopio Planck dovrebbe pubblicare il suo catalogo completo di ammassi di galassie che dovrebbe contenere diverse migliaia di oggetti