Эффект Сюняева–Зельдовича

Эффект Сюняева-Зельдовича (названный в честь Рашида Сюняева и Якова Б. Зельдовича и часто сокращенно SZ-эффект ) представляет собой спектральное искажение космического микроволнового фона (CMB) за счет обратного комптоновского рассеяния на высокоэнергетических электронах в скоплениях галактик, при котором реликтового излучения низкой энергии фотоны получают средний прирост энергии во время столкновения с электронами кластера высокой энергии. Наблюдаемые искажения спектра космического микроволнового фона используются для обнаружения возмущений плотности во Вселенной. С помощью эффекта Сюняева-Зельдовича плотные скопления галактик наблюдались .

Обзор

Эффект Сюняева-Зельдовича был предсказан Рашидом Сюняевым и Яковом Зельдовичем для описания анизотропии реликтового излучения. Эффект вызван взаимодействием реликтового излучения с электронами высоких энергий. Эти электроны высокой энергии вызывают обратное комптоновское рассеяние фотонов реликтового излучения, что вызывает искажение спектра излучения реликтового излучения. Эффект Сюняева–Зельдовича наиболее ярко проявляется при наблюдении скоплений галактик. Анализ данных реликтового излучения с более высоким угловым разрешением (высокое $\ell$ -values ) требует учета эффекта Сюняева–Зельдовича.

Эффект Сюняева–Зельдовича можно разделить на несколько типов:

Тепловые эффекты, при которых фотоны реликтового излучения взаимодействуют с электронами, имеющими высокие энергии из-за их температуры.
Кинематические эффекты, эффект второго порядка, при котором фотоны реликтового излучения взаимодействуют с электронами, имеющими высокие энергии из-за их объемного движения (также называемый эффектом Острайкера-Вишняка, в честь Джереми П. Острайкера и Итана Вишняка ). ^{[ 1 ]})
поляризация

Эффект Сюняева–Зельдовича представляет большой астрофизический и космологический интерес. Он может помочь определить значение постоянной Хаббла , определить местоположение новых скоплений галактик, а также при изучении структуры и массы скоплений. Поскольку эффект Сюняева-Зельдовича является эффектом рассеяния, его величина не зависит от красного смещения, а это означает, что скопления с высоким красным смещением можно обнаружить так же легко, как и скопления с низким красным смещением.

Термические эффекты

Искажение реликтового излучения, вызванное большим количеством электронов высокой энергии, известно как тепловой эффект Сюняева-Зельдовича. Тепловой эффект Сюняева–Зельдовича чаще всего изучается в скоплениях галактик . Сравнивая эффект Сюняева–Зельдовича и данные рентгеновского излучения , можно изучить тепловую структуру скопления, а если известен профиль температуры, то по данным Сюняева–Зельдовича можно определить барионную массу скопления вдоль линии зрения. ^{[ 2 ]} Сравнение данных Сюняева – Зельдовича и рентгеновских данных также можно использовать для определения постоянной Хаббла по расстоянию углового диаметра скопления. ^{[ 3 ]} Эти тепловые искажения также можно измерить в сверхскоплениях и газах локальной группы, хотя они менее значительны и их труднее обнаружить. В сверхскоплениях эффект невелик (< 8 мкК), но при достаточно точном оборудовании измерение этого искажения может дать представление о крупномасштабном структурообразовании. Газы локальной группы также могут вызывать анизотропию реликтового излучения из-за теплового эффекта Сюняева–Зельдовича, который необходимо учитывать при измерении реликтового излучения для определенных угловых масштабов. ^{[ 2 ]}

Кинематические эффекты

Кинематический эффект Сюняева-Зельдовича возникает, когда скопление галактик движется относительно потока Хаббла . Кинематический эффект Сюняева – Зельдовича дает метод расчета пекулярной скорости: $\Delta T_{\text{kin}}=-T_{\text{CMB}}{\frac {V_{p}}{c}}\tau$ где $V_{p}$ - пекулярная скорость, а $\tau$ оптическая глубина. ^{[ 4 ]} Чтобы использовать это уравнение, необходимо разделить тепловые и кинематические эффекты. Эффект относительно слаб для большинства скоплений галактик. Используя гравитационное линзирование , пекулярную скорость можно использовать для определения других компонентов скорости для конкретного скопления галактик. ^{[ 2 ]} Эти кинематические эффекты можно использовать для определения постоянной Хаббла и поведения скоплений.

Исследовать

Текущие исследования сосредоточены на моделировании того, как эффект генерируется внутрикластерной плазмой в скоплениях галактик , а также на использовании этого эффекта для оценки постоянной Хаббла и разделения различных компонентов в угловой средней статистике флуктуаций фона. Моделирование формирования гидродинамических структур изучается с целью получения данных о тепловых и кинетических эффектах в теории. ^{[ 5 ]} Наблюдения затруднены из-за малой амплитуды эффекта и путаницы с экспериментальной ошибкой и другими источниками флуктуаций температуры реликтового излучения. Чтобы отличить эффект СЗ, обусловленный скоплениями галактик, от обычных возмущений плотности, как спектральная зависимость, так и пространственная зависимость флуктуаций космического микроволнового фона используются .

Фактором, который облегчает обнаружение скоплений с высоким красным смещением, является соотношение углового масштаба и красного смещения : оно мало меняется между красными смещениями 0,3 и 2, а это означает, что скопления между этими красными смещениями имеют на небе одинаковые размеры. Использование обзоров скоплений, обнаруженных по эффекту Сюняева–Зельдовича, для определения космологических параметров было продемонстрировано Барбосой и др. (1996). Это может помочь в понимании динамики темной энергии в исследованиях ( Телескоп Южного полюса , Космологический телескоп Атакамы , Планк ).

Наблюдения

В 1984 году исследователи из Кембриджской радиоастрономической группы и Радиообсерватории Оуэнс-Вэлли впервые обнаружили эффект Сюняева-Зельдовича на скоплениях галактик . ^{[ 7 ]} Десять лет спустя телескоп Райла использован для изображения скопления галактик в эффекте Сюняева-Зельдовича. был впервые ^{[ 8 ]}

В 1987 году спутник Cosmic Background Explorer (COBE) наблюдал реликтовое излучение и предоставил более точные данные об анизотропии реликтового излучения, что позволило более точно проанализировать эффект Сюняева-Зельдовича. ^{[ 2 ]}

Инструменты, созданные специально для изучения этого эффекта, включают камеру Сюняева-Зельдовича в эксперименте Pathfinder в Атакаме , ^{[ 9 ]} и массив Сюняева-Зельдовича , которые оба увидели первый свет в 2005 году. В 2012 году Атакамский космологический телескоп (ACT) выполнил первое статистическое обнаружение кинематического эффекта SZ. ^{[ 10 ]} В 2012 году кинематический эффект СЗ был впервые обнаружен на отдельном объекте в MACS J0717.5+3745 . ^{[ 11 ]}

По состоянию на 2015 год Телескоп Южного полюса (SPT) использовал эффект Сюняева – Зельдовича для открытия 415 скоплений галактик. ^{[ 12 ]} Эффект Сюняева-Зельдовича был и будет важным инструментом в открытии сотен скоплений галактик.

Недавние эксперименты, такие как телескоп на воздушном шаре OLIMPO, пытаются собрать данные в определенных диапазонах частот и определенных областях неба, чтобы точно определить эффект Сюняева-Зельдовича и создать более точную карту определенных областей неба. ^{[ 13 ]}

См. также

Ссылки

^ Острайкер, Джеремия П. и Вишняк, Итан Т. (1986). «Генерация микроволновых фоновых флуктуаций от нелинейных возмущений в эпоху формирования галактик». Письма астрофизического журнала . 306 : Л51. Бибкод : 1986ApJ...306L..51O . дои : 10.1086/184704 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Биркиншоу, М. (март 1999 г.). «Эффект Сюняева–Зельдовича» . Отчеты по физике . 310 (2–3): 97–195. arXiv : astro-ph/9808050 . Бибкод : 1999ФР...310...97Б . дои : 10.1016/S0370-1573(98)00080-5 . hdl : 1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5 . S2CID 119330362 .
^ Биркиншоу, М.; Хьюз, JP (январь 1994 г.). «Измерение постоянной Хаббла по рентгеновским свойствам и эффекту Сюняева-Зельдовича Abell 2218» . Астрофизический журнал . 420 : 33. Бибкод : 1994ApJ...420...33B . дои : 10.1086/173540 . ISSN 0004-637X .
^ Тартари, А.; Боэлла, Г.; Кандотти, М.; Герваси, М.; Рождество, В.; Пассерини, А.; Сирони, Г.; Заннони, М. (9 июля 2003 г.). «Исследование эффекта Сюняева Зельдовича на МАСТЕРе». Мемуары Итальянского астрономического общества. Дополнения . 2:44 .arXiv : 0307166 astro-ph/ . Бибкод : 2003MSAIS...2...44T .
^ Каннама Д., Фальтенбахер Ф.; Пассмур С., Кресс К.; Кресс, К.; Пассмур, С. (2009). «Выравнивание кластеров по форме скорости и кинетический эффект Сюняева – Зельдовича» . Письма МНРАС . 397 (1): Л41–Л45. arXiv : 0904.4765 . Бибкод : 2009MNRAS.397L..41C . дои : 10.1111/j.1745-3933.2009.00680.x . S2CID 9809159 .
^ «Дыра АЛМА во Вселенной» . eso.org . Проверено 20 февраля 2017 г.
^ Биркиншоу, М.; Галл, Сан-Франциско; Хардебек, Х. (1984). «Эффект Сюняева-Зельдовича в отношении трех скоплений галактик» . Природа . 309 (5963): 34–35. Бибкод : 1984Natur.309...34B . дои : 10.1038/309034a0 . S2CID 4276748 .
^ Сондерс, Ричард (26 ноября 1996 г.). «Наблюдения Сюняева-Зельдовича на телескопе Райл». arXiv : astro-ph/9611213 .
^ Шван, Д.; Аде, П.А. Р.; Басу, К.; Бендер, АН; Бертольди, Ф.; Чо, Х.-М. ; Чон, Г.; Кларк, Джон; Доббс, М.; Ферруска, Д.; Гюстен, Р. (1 сентября 2011 г.). «Приглашенная статья: Приемник болометрической решетки миллиметрового диапазона волн для прибора Сюняева-Зельдовича (APEX-SZ) Атакамского эксперимента по поиску пути» . Обзор научных инструментов . 82 (9): 091301. arXiv : 1008.0342 . Бибкод : 2011RScI...82i1301S . дои : 10.1063/1.3637460 . ISSN 0034-6748 . ПМИД 21974566 . S2CID 33402455 .
^ Хэнд, Ник; Аддисон, Грэм Э.; Обур, Эрик; Батталья, Ник; Баттистелли, Элия С.; Бизяев Дмитрий; Бонд, Дж. Ричард; Брюингтон, Ховард; Бринкманн, Джон; Браун, Бенджамин Р.; Дас, Судип; Доусон, Кайл С.; Девлин, Марк Дж.; Данкли, Джоанна; Даннер, Роландо; Эйзенштейн, Дэниел Дж.; Фаулер, Джозеф В.; Гралла, Меган Б.; Хаджян, Амир; Халперн, Марк; Хилтон, Мэтт; Хинкс, Адам Д.; Хложек, Рене; Хьюз, Джон П.; Инфанте, Леопольдо; Ирвин, Кент Д.; Косовский, Артур; Линь, Йен-Тин; Маланушенко Елена; и др. (2012). «Обнаружение движений скоплений галактик с помощью кинематического эффекта Сюняева – Зельдовича». Письма о физических отзывах . 109 (4): 041101. arXiv : 1203.4219 . Бибкод : 2012PhRvL.109d1101H . doi : 10.1103/PhysRevLett.109.041101 . ПМИД 23006072 . S2CID 11392448 .
^ Мрочковски, Тони; Дикер, Саймон; Сэйерс, Джек; Риз, Эрик Д.; Мейсон, Брайан; Чакон, Николь; Ромеро, Чарльз; Янг, Александр; Девлин, Марк; Голвала, Сунил; Корнгут, Филипп (10 декабря 2012 г.). «Многоволновое исследование эффекта Сюняева-Зельдовича в кластере Mac с тройным слиянием J0717.5 + 3745 с Мустангом и Болокамом» . Астрофизический журнал . 761 (1): 47. arXiv : 1205.0052 . Бибкод : 2012ApJ...761...47M . дои : 10.1088/0004-637X/761/1/47 . ISSN 0004-637X . S2CID 50951413 .
^ Блим, Ле; Сталдер, Б.; де Хаан, Т.; Эйрд, Калифорния; Аллен, Юго-Запад; Эпплгейт, Делавэр; Эшби, МЛН; Баутц, М.; Бэйлисс, М.; Бенсон, бакалавр; Боке, С. (29 января 2015 г.). «Скопления галактик, обнаруженные с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича в обзоре SPT-Sz площадью 2500 квадратных градусов» . Серия дополнений к астрофизическому журналу . 216 (2): 27. arXiv : 1409.0850 . Бибкод : 2015ApJS..216...27B . дои : 10.1088/0067-0049/216/2/27 . hdl : 1721.1/96784 . ISSN 1538-4365 . S2CID 6663564 .
^ Нати, Ф.; и др. (1 марта 2007 г.). «Эксперимент ОЛИМПО» . Новые обзоры астрономии . 51 (3–4): 385–389. Бибкод : 2007НовыйAR..51..385N . дои : 10.1016/j.newar.2006.11.066 . ISSN 1387-6473 .

Дальнейшее чтение

Рефаэли, Ю. (1995). «Комптонизация космического микроволнового фона: эффект Сюняева – Зельдовича». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 33 (1): 541–580. Бибкод : 1995ARA&A..33..541R . дои : 10.1146/annurev.aa.33.090195.002545 .
Барбоза, Д.; Бартлетт, Дж.Г.; Бланшар, А.; Укбир, Дж. (1996). «Эффект Сюняева–Зельдовича и значение Ω ₀ ». Астрономия и астрофизика . 314 : 13–17. arXiv : astro-ph/9511084 . Бибкод : 1996A&A...314...13B .
Биркиншоу, М.; Галл, Сан-Франциско; Хардебек, Х. (1984). «Эффект Сюняева – Зельдовича в отношении трех скоплений галактик». Природа . 309 (5963): 34–35. Бибкод : 1984Natur.309...34B . дои : 10.1038/309034a0 . S2CID 4276748 .
Биркиншоу, Марк (1999). «Эффект Сюняева Зельдовича» . Отчеты по физике . 310 (2–3): 97–195. arXiv : astro-ph/9808050 . Бибкод : 1999ФР...310...97Б . дои : 10.1016/S0370-1573(98)00080-5 . hdl : 1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5 . S2CID 119330362 .
Цен, Ренюэ; Иеремия П. Острайкер (1994). «Гидродинамический подход к космологии: космологический сценарий смешанной темной материи» . Астрофизический журнал . 431 (1994): 451. arXiv : astro-ph/9404011 . Бибкод : 1994ApJ...431..451C . CiteSeerX 10.1.1.254.3635 . дои : 10.1086/174499 . S2CID 1284598 . Архивировано из оригинала 22 февраля 2004 года.
Ху, Цзянь; Ю-Цин Лу (2004). «Магнитный эффект Сюняева – Зельдовича в скоплениях галактик». Письма астрофизического журнала . 606 (1): Л1–Л4. arXiv : astro-ph/0402669 . Бибкод : 2004ApJ...606L...1H . дои : 10.1086/420896 . S2CID 10520376 .
Ма, Чунг-Пей ; Дж. Н. Фрай (27 мая 2002 г.). «Нелинейный кинетический эффект Сюняева–Зельдовича» . Письма о физических отзывах . 88 (21): 211301. arXiv : astro-ph/0106342 . Бибкод : 2002PhRvL..88u1301M . doi : 10.1103/PhysRevLett.88.211301 . ПМИД 12059470 . S2CID 5655238 .
Майерс, AD; Шанкс, Т.; и др. (2004). «Доказательства расширенного эффекта SZ в данных WMAP» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 347 (4): L67–L72. arXiv : astro-ph/0306180 . Бибкод : 2004MNRAS.347L..67M . дои : 10.1111/j.1365-2966.2004.07449.x . S2CID 53119165 .
Спрингель, Волкер; Уайт, Мартин; Эрнквист, Ларс (2001). «Гидродинамическое моделирование эффекта (эффектов) Сюняева – Зельдовича». Астрофизический журнал . 549 (2): 681–687. arXiv : astro-ph/0008133 . Бибкод : 2001ApJ...549..681S . дои : 10.1086/319473 . S2CID 6728519 .
Сюняев, РА; Я. Б. Зельдович (1970). «Маломасштабные флуктуации реликтового излучения» . Астрофизика и космическая наука . 7 (1): 3–19. Бибкод : 1970Ap&SS...7....3S . дои : 10.1007/BF00653471 . S2CID 117050217 .
Сюняев, РА; Я. Б. Зельдович (1980). «Микроволновое фоновое излучение как исследование современной структуры и истории Вселенной». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 18 (1): 537–560. Бибкод : 1980ARA&A..18..537S . дои : 10.1146/annurev.aa.18.090180.002541 .
Диего, Дж. М.; Мартинес, Э.; Санс, Дж.Л.; Бенитес, Н.; Силк, Дж. (2002). «Эффект Сюняева-Зельдовича как космологический дискриминатор» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 331 (3): 556–568. arXiv : astro-ph/0103512 . Бибкод : 2002MNRAS.331..556D . дои : 10.1046/j.1365-8711.2002.05039.x . S2CID 10486016 .
Королевское астрономическое общество, Испорченные отголоски Большого взрыва? Сообщение для прессы РАН № 04/01

Внешние ссылки

Испорченное эхо Большого взрыва? инновации-report.com.
Sunyaev–Zel'dovich effect on arxiv.org

[1] Острайкер, Джеремия П. и Вишняк, Итан Т. (1986). «Генерация микроволновых фоновых флуктуаций от нелинейных возмущений в эпоху формирования галактик». Письма астрофизического журнала . 306 : Л51. Бибкод : 1986ApJ...306L..51O . дои : 10.1086/184704 .

[:03-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Биркиншоу, М. (март 1999 г.). «Эффект Сюняева–Зельдовича» . Отчеты по физике . 310 (2–3): 97–195. arXiv : astro-ph/9808050 . Бибкод : 1999ФР...310...97Б . дои : 10.1016/S0370-1573(98)00080-5 . hdl : 1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5 . S2CID 119330362 .

[3] Биркиншоу, М.; Хьюз, JP (январь 1994 г.). «Измерение постоянной Хаббла по рентгеновским свойствам и эффекту Сюняева-Зельдовича Abell 2218» . Астрофизический журнал . 420 : 33. Бибкод : 1994ApJ...420...33B . дои : 10.1086/173540 . ISSN 0004-637X .

[4] Тартари, А.; Боэлла, Г.; Кандотти, М.; Герваси, М.; Рождество, В.; Пассерини, А.; Сирони, Г.; Заннони, М. (9 июля 2003 г.). «Исследование эффекта Сюняева Зельдовича на МАСТЕРе». Мемуары Итальянского астрономического общества. Дополнения . 2:44 .arXiv : 0307166 astro-ph/ . Бибкод : 2003MSAIS...2...44T .

[5] Каннама Д., Фальтенбахер Ф.; Пассмур С., Кресс К.; Кресс, К.; Пассмур, С. (2009). «Выравнивание кластеров по форме скорости и кинетический эффект Сюняева – Зельдовича» . Письма МНРАС . 397 (1): Л41–Л45. arXiv : 0904.4765 . Бибкод : 2009MNRAS.397L..41C . дои : 10.1111/j.1745-3933.2009.00680.x . S2CID 9809159 .

[6] «Дыра АЛМА во Вселенной» . eso.org . Проверено 20 февраля 2017 г.

[7] Биркиншоу, М.; Галл, Сан-Франциско; Хардебек, Х. (1984). «Эффект Сюняева-Зельдовича в отношении трех скоплений галактик» . Природа . 309 (5963): 34–35. Бибкод : 1984Natur.309...34B . дои : 10.1038/309034a0 . S2CID 4276748 .

[8] Сондерс, Ричард (26 ноября 1996 г.). «Наблюдения Сюняева-Зельдовича на телескопе Райл». arXiv : astro-ph/9611213 .

[9] Шван, Д.; Аде, П.А. Р.; Басу, К.; Бендер, АН; Бертольди, Ф.; Чо, Х.-М. ; Чон, Г.; Кларк, Джон; Доббс, М.; Ферруска, Д.; Гюстен, Р. (1 сентября 2011 г.). «Приглашенная статья: Приемник болометрической решетки миллиметрового диапазона волн для прибора Сюняева-Зельдовича (APEX-SZ) Атакамского эксперимента по поиску пути» . Обзор научных инструментов . 82 (9): 091301. arXiv : 1008.0342 . Бибкод : 2011RScI...82i1301S . дои : 10.1063/1.3637460 . ISSN 0034-6748 . ПМИД 21974566 . S2CID 33402455 .

[10] Хэнд, Ник; Аддисон, Грэм Э.; Обур, Эрик; Батталья, Ник; Баттистелли, Элия С.; Бизяев Дмитрий; Бонд, Дж. Ричард; Брюингтон, Ховард; Бринкманн, Джон; Браун, Бенджамин Р.; Дас, Судип; Доусон, Кайл С.; Девлин, Марк Дж.; Данкли, Джоанна; Даннер, Роландо; Эйзенштейн, Дэниел Дж.; Фаулер, Джозеф В.; Гралла, Меган Б.; Хаджян, Амир; Халперн, Марк; Хилтон, Мэтт; Хинкс, Адам Д.; Хложек, Рене; Хьюз, Джон П.; Инфанте, Леопольдо; Ирвин, Кент Д.; Косовский, Артур; Линь, Йен-Тин; Маланушенко Елена; и др. (2012). «Обнаружение движений скоплений галактик с помощью кинематического эффекта Сюняева – Зельдовича». Письма о физических отзывах . 109 (4): 041101. arXiv : 1203.4219 . Бибкод : 2012PhRvL.109d1101H . doi : 10.1103/PhysRevLett.109.041101 . ПМИД 23006072 . S2CID 11392448 .

[11] Мрочковски, Тони; Дикер, Саймон; Сэйерс, Джек; Риз, Эрик Д.; Мейсон, Брайан; Чакон, Николь; Ромеро, Чарльз; Янг, Александр; Девлин, Марк; Голвала, Сунил; Корнгут, Филипп (10 декабря 2012 г.). «Многоволновое исследование эффекта Сюняева-Зельдовича в кластере Mac с тройным слиянием J0717.5 + 3745 с Мустангом и Болокамом» . Астрофизический журнал . 761 (1): 47. arXiv : 1205.0052 . Бибкод : 2012ApJ...761...47M . дои : 10.1088/0004-637X/761/1/47 . ISSN 0004-637X . S2CID 50951413 .

[12] Блим, Ле; Сталдер, Б.; де Хаан, Т.; Эйрд, Калифорния; Аллен, Юго-Запад; Эпплгейт, Делавэр; Эшби, МЛН; Баутц, М.; Бэйлисс, М.; Бенсон, бакалавр; Боке, С. (29 января 2015 г.). «Скопления галактик, обнаруженные с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича в обзоре SPT-Sz площадью 2500 квадратных градусов» . Серия дополнений к астрофизическому журналу . 216 (2): 27. arXiv : 1409.0850 . Бибкод : 2015ApJS..216...27B . дои : 10.1088/0067-0049/216/2/27 . hdl : 1721.1/96784 . ISSN 1538-4365 . S2CID 6663564 .

[13] Нати, Ф.; и др. (1 марта 2007 г.). «Эксперимент ОЛИМПО» . Новые обзоры астрономии . 51 (3–4): 385–389. Бибкод : 2007НовыйAR..51..385N . дои : 10.1016/j.newar.2006.11.066 . ISSN 1387-6473 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]