Evidence for a thermal pressure deficit in galaxy groups from the tSZ effect and weak lensing
通过将热苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应测量与来自 DESI 发光红星系样本的弱引力透镜数据相结合，本研究揭示了当前的流体动力学模拟显著高估了星系团中的热压力，这表明这种偏差可能是由缺失的非热压力支持或偏离流体静力学平衡所导致的。
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想象一下，宇宙是一个巨大的、隐形的海洋。虽然我们可以看到岛屿（星系）和波浪（光），但水本身——即填充在星系之间空间的炽热气体——在我们的眼中大多是隐藏的。这种被称为星系团内介质的气体极其炽热且承受着巨大的压力，就像一个坐在真空中的巨大压力锅。科学家们长期以来一直试图理解这种气体的行为方式。他们知道，巨大的星系和星系群就像沉重的锚，利用其引力将这些气体拉入其中。但转折在于：这些星系本身不仅仅是消极的锚，它们还是活跃的厨师。通过恒星剧烈的爆炸和黑洞强大的喷流，它们加热并推动气体移动，改变了其压力和密度。
为了测量这种不可见的压力，科学家们使用了一个巧妙的技巧，涉及宇宙微波背景（CMB）——这是大爆炸留下的微弱余晖，像一个巨大的、寒冷的背景。当星系团中的热气体推挤CMB光子时，会给它们一个微小的踢力，从而改变它们的能量。这种效应被称为热苏尼亚耶夫-泽尔多维奇（tSZ）效应，就像是在观察由隐藏的石头引起的池塘涟漪。通过测量这些涟漪，天文学家可以计算出气体的压力有多大。一个核心问题是：气体的行为是否完全符合我们的计算机模型预测，还是说我们对星系及其周围气体如何相互作用的理解中遗漏了某些东西？
这篇论文旨在解决那个隐形海洋中的谜团。作者们——一个天文学家团队——决定对大质量星系群（特别是那些被称为发光红星系，即LRGs的星系群）周围的气体压力进行一次全新的审视。他们利用来自阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）的数据来测量tSZ效应，但他们不仅仅是观察原始数据。他们意识到，以往测量这种压力的尝试就像是在嘈杂的房间里试图听清一声低语；信号经常被来自星系本身的尘埃和无线电波产生的“噪声”所淹没。
为了解决这个问题，该团队构建了一个复杂的模型，以将真实的压力信号从宇宙噪声中分离出来。他们将数据视为一首由三种乐器同时演奏的复杂乐曲：压力信号（tSZ）、尘埃和无线电波。通过利用所研究星系的特定属性对尘埃和无线电成分进行仔细建模，他们能够比以前更清晰地分离出压力信号。随后，他们将这些新的、更纯净的测量结果与目前最先进的宇宙计算机模拟（特别是名为FLAMINGO的大型模拟）进行了对比。
结果令人惊讶。作者发现，计算机模拟预测的气体压力比实际测得的要高出约两倍。这就像模拟描述的是一个设定在“高温”档位的压力锅，而真实的宇宙却是在“中温”档下运行。这种差异在不同的星系质量和距离下都是一致的，这表明它不仅仅是一个偶然现象。
然而，故事变得更有趣了。该团队知道，模拟程序已经经过了调整，以匹配这些星系群中的气体量（一种被称为动力学SZ效应的测量值）。换句话说，模拟程序对于有多少气体是正确的，但它们对于气体有多热或压力有多大仍然是错误的。这意味着问题不在于模拟程序中的气体太多，而在于它们认为气体太热了。
作者认为，这指向了我们对宇宙理解中的一个缺失成分。模拟程序假设气体处于一种平衡状态，即向内拉拽的引力与向外推挤的气体压力完美匹配。但如果真实的气体比模拟预测的要凉爽，却仍能维持其形状以抵御引力，那么一定有某种其他的隐形力量在帮助支撑它。论文指出，这种缺失的支持可能来自于非热源，例如磁场、宇宙射线或目前的模拟未能充分捕捉到的湍流运动。
简而言之，这篇论文并不仅仅是在说“我们的模型有一点偏差”。它暗示了关于星系群运作的标准配方中缺少了一种关键的香料。这些宇宙星系群中的气体比我们最好的计算机模型预测的要凉爽且压力较小，这意味着宇宙拥有我们尚未完全弄清楚的隐藏方式来支撑其气体。这提醒我们，即使在星系之间广袤而炽热的海洋中，依然隐藏着等待被发现的秘密。
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