eROSITA cosmology with galaxy groups: hot gas budget out to the virial radius
eROSITA के 25 गैलेक्सी समूहों के अवलोकनों का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन उप-ब्रह्मांडीय गैस अंशों (sub-cosmic gas fractions) को प्रकट करने और बेरियन फीडबैक प्रभावों को परिमाणित करने के लिए विरियल त्रिज्या (virial radius) तक गर्म गैस वितरण का मानचित्रण करता है, जिसमें पाया गया है कि फिडुशियल (fiducial) FLAMINGO और BAHAMAS सिमुलेशन डेटा के साथ सबसे अच्छा मेल खाते हैं जबकि मजबूत फीडबैक वेरिएंट महत्वपूर्ण तनाव दर्शाते हैं।
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ब्रह्मांड केवल खाली स्थान में तैरते सितारों और आकाशगंगाओं का संग्रह मात्र नहीं है; यह गर्म गैस के एक विशाल, अदृश्य महासागर से भरा हुआ है जो इन ब्रह्मांडीय संरचनाओं से चिपका रहता है। आकाशगंगाओं के बीच के स्थानों में, डार्क मैटर के उन विशाल प्रभामंडलों (हैलो) के भीतर जो उन्हें एक साथ थामे रखते हैं, यह गैस एक्स-रे में चमकती है, जो काम कर रही अदृश्य शक्तियों के लिए एक संकेतक (ट्रेसर) के रूप में कार्य करती है। दशकों से, खगोलविदों को पता है कि बड़े गैलेक्सी क्लस्टरों के भीतर इस गैस की मात्रा पूरे ब्रह्मांड में पदार्थ की औसत मात्रा के बराबर होनी चाहिए। हालांकि, छोटी गैलेक्सी समूहों के अवलोकन ने लगातार एक पहेलीनुमा कमी दिखाई है: गैस का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उन आंतरिक क्षेत्रों से गायब है जहाँ इसकी अपेक्षा की जाती है। प्रमुख सिद्धांत यह है कि सुपरमैसिव ब्लैक होल से निकलने वाले ऊर्जावान विस्फोट, जिन्हें सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (एक्टिव गैलेक्टिक न्यूक्लिआई) के रूप में जाना जाता है, शक्तिशाली पंपों की तरह कार्य करते हैं, जो गैस को गर्म करते हैं और उसे इन गैलेक्सी समूहों के दृश्य किनारों से बहुत दूर फेंक देते हैं। यह समझना कि वास्तव में कितनी गैस बाहर निकाली गई है और यह कितनी दूर तक जाती है, अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह प्रक्रिया पदार्थ के वितरण को पुनर्गठित करती है, जिससे यह प्रभावित होता है कि ब्रह्मांड की सबसे बड़ी संरचनाएं कैसे बनती और विकसित होती हैं।
खगोलविदों की एक टीम ने अब अभूतपूर्व स्पष्टता के साथ गैलेक्सी समूहों के बाहरी हिस्सों का अध्ययन करके इस रहस्य को सुलझाने की दिशा में एक निर्णायक कदम उठाया है। पृथ्वी की कक्षा में घूमते और आकाश को एक्स-रे में स्कैन करने वाले ईरोसिटा (eROSOTA) टेलीस्कोप के डेटा का उपयोग करते हुए, उन्होंने गैलेक्सी समूहों के पच्चीस चुनिले नमूनों का अध्ययन किया। इन समूहों की पहचान टेलीस्कोप के एक्स-रे डिटेक्शन को टू-माइक्रोन रेडशिफ्ट सर्वे द्वारा मैप की गई आकाशगंगाओं के कैटलॉग के साथ क्रॉस-रेफरेंस करके की गई थी, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि टीम केवल सबसे चमकीले या सबसे स्पष्ट प्रणालियों को ही नहीं, बल्कि एक पूर्ण और प्रतिनिधि सेट को देख रही है। शोधकर्ताओं ने इन समूहों के केंद्र से लेकर उनके बिल्कुल किनारों तक के क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया, जिसे विरियल त्रिज्या (विरियल रेडियस) कहा जाता है, जो समूह के गुरुत्वाकर्षण नियंत्रण की सीमा को चिह्नित करता है। केंद्र से विभिन्न दूरियों पर एक्स-रे चमक को मापकर, वे गर्म गैस के घनत्व का मानचित्र बना सके और यह गणना कर सके कि वास्तव में कितना हिस्सा फंसा हुआ था बनाम कितना बाहर धकेल दिया गया था।
परिणाम गैस के व्यवहार में एक स्पष्ट परिवर्तन प्रकट करते हैं जैसे-जैसे हम बाहर की ओर बढ़ते हैं। केंद्र के करीब, गैस अपेक्षाकृत सपाट और समान रूप से वितरित होती है, लेकिन जैसे ही शोधकर्ताओं ने समूह की त्रिज्या के आधे हिस्से से आगे देखा, गैस का घनत्व उम्मीद से कहीं अधिक तेजी से गिरा। प्रोफाइल का यह तीव्र होना यह सुझाव देता है कि गैस को बाहर धकेलने वाली प्रक्रियाएं बाहरी क्षेत्रों में सबसे प्रभावी होती हैं, जो समूह की मुख्य सीमा के ठीक बाहर के क्षेत्र को प्रभावी ढंग से साफ कर देती हैं। अपने नमूने के औसत द्रव्यमान पर, टीम ने पाया कि गैस समूह की आंतरिक त्रिज्या के आधे हिस्से के भीतर कुल द्रव्यमान का केवल लगभग 4.3 प्रतिशत बनाती है। यहाँ तक कि समूह के बिल्कुल किनारे तक अपना दृश्य विस्तृत करने पर भी, गैस का अंश बढ़कर केवल लगभग 5.8 प्रतिशत हो जाता है। यह लगभग 15.7 प्रतिशत के ब्रह्मांडीय औसत से बहुत कम है, जो इस बात की पुष्टि करता है कि बेरयोनिक पदार्थ (सामान्य पदार्थ जिससे तारे, ग्रह और हम बने हैं) का एक बड़ा हिस्सा इन प्रणालियों से पूरी तरह से विस्थापित हो गया है।
इस गायब गैस के निहितार्थों को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने मापों की तुलना ब्रह्मांड के परिष्कृत कंप्यूटर सिमुलेशन से की। ये सिमुलेशन प्रयास करते हैं कि कैसे गुरुत्वाकर्षण, गैस भौतिकी और ब्लैक होल से निकलने वाली ऊर्जा अरबों वर्षों में परस्पर क्रिया करती है। टीम ने पाया कि उनके अवलोकन ब्लैक होल से मध्यम स्तर के ऊर्जा फीडबैक का उपयोग करने वाले सिमुलेशन के एक विशिष्ट सेट के साथ उल्लेखनीय रूप से मेल खाते हैं। हालांकि, उन्होंने उन मॉडलों को स्पष्ट रूप से खारिज कर दिया जो अत्यधिक शक्तिशाली फीडबैक तंत्रों पर निर्भर करते हैं। वे मॉडल, जो भविष्यवाणी करते हैं कि ब्लैक होल गैस को इतनी हिंसक रूप से बाहर निकालते हैं कि गैलेक्सी समूहों के बाहरी क्षेत्र लगभग खाली हो जाते हैं, डेटा के असंगत पाए गए, जो सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर के साथ अवलोकनों से भिन्न थे। यह सुझाव देता है कि हालांकि ब्लैक होल वास्तव में अपने परिवेश को नया आकार देने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हैं, लेकिन वे पहले के कुछ सैद्धांतिक परिदृश्यों में परिकल्पित अत्यधिक बल के साथ ऐसा नहीं करते हैं।
अध्ययन ने यह भी मात्रा निर्धारित की कि पदार्थ का यह पुनर्वितरण बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड को कैसे प्रभावित करता है। इन समूहों में तारों की ज्ञात मात्रा के साथ अपने गैस अंश के मापों को जोड़कर, शोधकर्ताओं ने गणना की कि विस्थापित गैस की उपस्थिति ब्रह्मांड में पदार्थ के जमाव (क्लंपिंग) को कैसे दबाती है। उन्होंने निर्धारित किया कि विशिष्ट पैमानों पर, पदार्थ का वितरण केवल डार्क मैटर वाले ब्रह्मांड की तुलना में 10 से 15 प्रतिशत कम है। यह निष्कर्ष ब्रह्मांडविदों के लिए एक ठोस, अवलोकन संबंधी आधार प्रदान करता है, जिससे उन्हें यह समझने के मॉडल को परिष्कृत करने में मदद मिलती है कि ब्रह्मांड की संरचना कैसे बढ़ती है। यह कार्य गैलेक्सी समूहों के बेरियन बजट का एक सटीक माप है, जो पदार्थ के ब्रह्मांडीय चक्र और ब्रह्मांड की वास्तुकला पर ब्लैक होल के सूक्ष्म, फिर भी गहरे प्रभाव की एक स्पष्ट तस्वीर पेश करता है।
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