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Efecto Sunyaev-Zeldovich

El efecto Sunyaev-Zeldovich (llamado así en honor a Rashid Sunyaev y Yakov B. Zeldovich y a menudo abreviado como efecto SZ ) es la distorsión espectral del fondo cósmico de microondas (CMB) a través de la dispersión Compton inversa de electrones de alta energía en cúmulos de galaxias, en el que Los fotones CMB de baja energía reciben un impulso de energía promedio durante la colisión con los electrones del grupo de alta energía. Las distorsiones observadas en el espectro de fondo cósmico de microondas se utilizan para detectar la alteración de la densidad en el universo. Utilizando el efecto Sunyaev-Zeldovich, se han observado densos cúmulos de galaxias .

Descripción general

Rashid Sunyaev y Yakov Zeldovich predijeron el efecto Sunyaev-Zeldovich para describir anisotropías en el CMB. El efecto es causado por la interacción del CMB con electrones de alta energía. Estos electrones de alta energía provocan la dispersión Compton inversa de los fotones del CMB, lo que provoca una distorsión en el espectro de radiación del CMB. El efecto Sunyaev-Zeldovich es más evidente cuando se observan cúmulos galácticos. El análisis de datos de CMB con mayor resolución angular ( valores altos ) requiere tener en cuenta el efecto Sunyaev-Zeldovich.

El efecto Sunyaev-Zeldovich se puede dividir en diferentes tipos:

El efecto Sunyaev-Zeldovich es de gran interés astrofísico y cosmológico . Puede ayudar a determinar el valor de la constante de Hubble , determinar la ubicación de nuevos cúmulos de galaxias y en el estudio de la estructura y masa de los cúmulos. Dado que el efecto Sunyaev-Zeldovich es un efecto de dispersión, su magnitud es independiente del corrimiento al rojo, lo que significa que los cúmulos con un corrimiento al rojo alto pueden detectarse tan fácilmente como aquellos con un corrimiento al rojo bajo.

Efectos térmicos

La distorsión del CMB resultante de una gran cantidad de electrones de alta energía se conoce como efecto térmico Sunyaev-Zeldovich. El efecto térmico Sunyaev-Zeldovich se estudia más comúnmente en cúmulos de galaxias . Al comparar el efecto Sunyaev-Zeldovich y los datos de emisión de rayos X , se puede estudiar la estructura térmica del cúmulo y, si se conoce el perfil de temperatura, los datos de Sunyaev-Zeldovich se pueden utilizar para determinar la masa bariónica del cúmulo a lo largo de la línea. en vista. [2] La comparación de datos de Sunyaev-Zeldovich y de rayos X también se puede utilizar para determinar la constante de Hubble utilizando la distancia del diámetro angular del cúmulo. [3] Estas distorsiones térmicas también se pueden medir en supercúmulos y en gases del grupo local, aunque son menos significativas y más difíciles de detectar. En los supercúmulos, el efecto no es fuerte (< 8 μK), pero con un equipo lo suficientemente preciso, medir esta distorsión puede dar una idea de la formación de estructuras a gran escala. Los gases del grupo local también pueden causar anisotropías en el CMB debido al efecto térmico Sunyaev-Zeldovich que debe tenerse en cuenta al medir el CMB para ciertas escalas angulares. [2]

Efectos cinemáticos

El efecto cinemático Sunyaev-Zeldovich se produce cuando un cúmulo de galaxias se mueve en relación con el flujo de Hubble . El efecto cinemático Sunyaev-Zeldovich proporciona un método para calcular la velocidad peculiar:

[4]lentes gravitacionales[2]

Investigación

La investigación actual se centra en modelar cómo se genera el efecto del plasma intracúmulo en los cúmulos de galaxias y en utilizar el efecto para estimar la constante de Hubble y separar diferentes componentes en las estadísticas angulares promedio de las fluctuaciones en el fondo. Se están estudiando simulaciones de formación de estructuras hidrodinámicas para obtener datos sobre los efectos térmicos y cinéticos en la teoría. [5] Las observaciones son difíciles debido a la pequeña amplitud del efecto y a la confusión con el error experimental y otras fuentes de fluctuaciones de temperatura del CMB. Para distinguir el efecto SZ debido a los cúmulos de galaxias de las perturbaciones de densidad ordinarias, se utilizan tanto la dependencia espectral como la dependencia espacial de las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas .

Un factor que facilita la detección de cúmulos de alto corrimiento al rojo es la escala angular versus la relación de corrimiento al rojo : cambia poco entre corrimientos al rojo de 0,3 y 2, lo que significa que los cúmulos entre estos corrimientos al rojo tienen tamaños similares en el cielo. Barbosa et al. han demostrado el uso de estudios de cúmulos detectados por su efecto Sunyaev-Zeldovich para la determinación de parámetros cosmológicos. (1996). Esto podría ayudar a comprender la dinámica de la energía oscura en los estudios ( Telescopio del Polo Sur , Telescopio de Cosmología de Atacama , Planck ).

Observaciones

Se sabe que esta fotografía tomada por el Atacama Large Millimeter Array es uno de los cúmulos de galaxias más grandes, conocido como RX J1347-1145.
Primeras mediciones del efecto térmico Sunyaev-Zeldovich desde el Atacama Large Millimeter Array con uno de los cúmulos de galaxias más masivos conocidos, RX J1347.5-1145 . [6]

En 1984, investigadores del Grupo de Radioastronomía de Cambridge y el Radio Observatorio de Owens Valley detectaron por primera vez el efecto Sunyaev-Zeldovich en cúmulos de galaxias . [7] Diez años más tarde, el Telescopio Ryle se utilizó para obtener imágenes de un cúmulo de galaxias en el efecto Sunyaev-Zeldovich por primera vez. [8]

En 1987, el satélite Cosmic Background Explorer (COBE) observó el CMB y proporcionó datos más precisos sobre las anisotropías en el CMB, lo que permitió un análisis más preciso del efecto Sunyaev-Zeldovich. [2]

Los instrumentos construidos específicamente para estudiar el efecto incluyen la cámara Sunyaev-Zeldovich en el Atacama Pathfinder Experiment , [9] y el Sunyaev-Zeldovich Array , que vieron su primera luz en 2005. En 2012, el Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) realizó la primera Detección estadística del efecto cinemático SZ. [10] En 2012, el efecto cinemático SZ se detectó por primera vez en un objeto individual en MACS J0717.5+3745 . [11]

En 2015, el Telescopio del Polo Sur (SPT) había utilizado el efecto Sunyaev-Zeldovich para descubrir 415 cúmulos de galaxias. [12] El efecto Sunyaev-Zeldovich ha sido y seguirá siendo una herramienta importante para descubrir cientos de cúmulos de galaxias.

Experimentos recientes, como el telescopio a bordo de un globo OLIMPO, intentan recopilar datos en bandas de frecuencia específicas y regiones específicas del cielo para identificar el efecto Sunyaev-Zeldovich y ofrecer un mapa más preciso de ciertas regiones del cielo. [13]

Ver también

Referencias

  1. ^ Ostriker, Jeremiah P. y Vishniac, Ethan T. (1986). "Generación de fluctuaciones de fondo de microondas a partir de perturbaciones no lineales en la era de la formación de galaxias". Cartas de diarios astrofísicos . 306 : L51. Código Bib : 1986ApJ...306L..51O. doi :10.1086/184704.
  2. ^ abcd Birkinshaw, M (marzo de 1999). "El efecto Sunyaev-Zel'dovich". Informes de Física . 310 (2–3): 97–195. arXiv : astro-ph/9808050 . Código Bib : 1999PhR...310...97B. doi :10.1016/S0370-1573(98)00080-5. hdl :1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5. S2CID  119330362.
  3. ^ Birkinshaw, M.; Hughes, JP (enero de 1994). "Una medición de la constante de Hubble a partir de las propiedades de los rayos X y el efecto Sunyaev-Zel'dovich de Abell 2218". La revista astrofísica . 420 : 33. Código bibliográfico : 1994ApJ...420...33B. doi : 10.1086/173540 . ISSN  0004-637X.
  4. ^ Tartari, A.; Boella, G.; Candotti, M.; Gervasi, M.; Natale, V.; Passerini, A.; Sironi, G.; Zannoni, M. (9 de julio de 2003). "Estudios del efecto Sunyaev Zel'dovich con MASTER". Memoria de la Sociedad Astronómica Italiana Suplementaria . 2 : 44. arXiv : astro-ph/0307166 . Código Bib : 2003MSAIS...2...44T.
  5. ^ Cunnama D., Faltenbacher F.; Passmoor S., Berro C.; Berro, C.; Passmoor, S. (2009). "La alineación velocidad-forma de los cúmulos y el efecto cinético Sunyaev-Zeldovich". Cartas MNRAS . 397 (1): L41-L45. arXiv : 0904.4765 . Código Bib : 2009MNRAS.397L..41C. doi :10.1111/j.1745-3933.2009.00680.x. S2CID  9809159.
  6. ^ "El agujero de ALMA en el universo". eso.org . Consultado el 20 de febrero de 2017 .
  7. ^ Birkinshaw, M.; Gaviota, SF; Hardebeck, H. (1984). "El efecto Sunyaev-Zeldovich hacia tres cúmulos de galaxias". Naturaleza . 309 (5963): 34–35. Código Bib :1984Natur.309...34B. doi :10.1038/309034a0. S2CID  4276748.
  8. ^ Saunders, Richard (26 de noviembre de 1996). "Observaciones de Sunyaev-Zel'dovich con el telescopio Ryle". arXiv : astro-ph/9611213 .
  9. ^ Schwan, D.; Ade, P. a. R.; Basu, K.; Bender, AN; Bertoldi, F.; Cho, H.-M. ; Chon, G.; Clarke, Juan; Dobbs, M.; Ferrusca, D.; Güsten, R. (1 de septiembre de 2011). "Artículo invitado: Receptor de matriz de bolómetros de ondas milimétricas para el instrumento Sunyaev-Zel'dovich (APEX-SZ) del experimento Pathfinder de Atacama". Revisión de Instrumentos Científicos . 82 (9): 091301. arXiv : 1008.0342 . Código Bib : 2011RScI...82i1301S. doi : 10.1063/1.3637460. ISSN  0034-6748. PMID  21974566. S2CID  33402455.
  10. ^ Mano, Nick; Addison, Graeme E.; Aubourg, Eric; Battaglia, Nick; Battistelli, Elia S.; Bizyaev, Dmitry; Enlace, J. Richard; Brewington, Howard; Brinkmann, Jon; Brown, Benjamín R.; Das, Sudeep; Dawson, Kyle S.; Devlin, Mark J.; Dunkley, Joanna; Dunner, Rolando; Eisenstein, Daniel J.; Fowler, José W.; Gralla, Megan B.; Hajian, Amir; Halpern, Marcos; Hilton, Matt; Hincks, Adam D.; Hlozek, Renée; Hughes, John P.; Infante, Leopoldo; Irwin, Kent D.; Kosowsky, Arturo; Lin, Yen-Ting; Malanushenko, Elena; et al. (2012). "Detección de movimientos de cúmulos de galaxias con el efecto cinemático Sunyaev-Zeldovich". Cartas de revisión física . 109 (4): 041101. arXiv : 1203.4219 . Código bibliográfico : 2012PhRvL.109d1101H. doi : 10.1103/PhysRevLett.109.041101. PMID  23006072. S2CID  11392448.
  11. ^ Mroczkowski, Tony; Dicker, Simón; Sayers, Jack; Reese, Erik D.; Masón, Brian; Czakon, Nicole; Romero, Carlos; Joven, Alejandro; Devlin, Marcos; Golwala, Sunil; Korngut, Phillip (10 de diciembre de 2012). "Un estudio de múltiples longitudes de onda del efecto Sunyaev-Zel'dovich en el clúster de triple fusión Macs J0717.5 + 3745 con Mustang y Bolocam". La revista astrofísica . 761 (1): 47. arXiv : 1205.0052 . Código Bib : 2012ApJ...761...47M. doi :10.1088/0004-637X/761/1/47. ISSN  0004-637X. S2CID  50951413.
  12. ^ Sangran, LE; Stalder, B.; de Haan, T.; Aird, KA; Allen, suroeste; Applegate, DE; Ashby, mln; Bautz, M.; Bayliss, M.; Benson, Licenciatura en Letras; Bocquet, S. (29 de enero de 2015). "Cúmulos de galaxias descubiertos mediante el efecto Sunyaev-Zel'dovich en el estudio SPT-Sz de 2500 grados cuadrados". Serie de suplementos de revistas astrofísicas . 216 (2): 27. arXiv : 1409.0850 . Código Bib : 2015ApJS..216...27B. doi :10.1088/0067-0049/216/2/27. hdl :1721.1/96784. ISSN  1538-4365. S2CID  6663564.
  13. ^ Nati, F.; et al. (1 de marzo de 2007). "El experimento OLIMPO". Nuevas reseñas de astronomía . 51 (3–4): 385–389. Código Bib : 2007NuevoAR..51..385N. doi :10.1016/j.newar.2006.11.066. ISSN  1387-6473.

Otras lecturas

enlaces externos