Planeetat, tähdet ja muut kosmiset kohteet koostuvat aineesta, samoin kuin atomit, joita on jopa omassa kehossamme. Aine ei kuitenkaan ole kaikki, mistä maailmankaikkeus koostuu, ja kosmisessa mittakaavassa on vaikea määrittää tarkasti, kuinka paljon on normaalia ainetta ja kuinka paljon jotain muuta.

Kalifornian yliopiston Riversiden tutkijaryhmä väittää tehneensä tarkimman mittauksen maailmankaikkeuden normaalin aineen määrästä – ja se on vain 31,5 prosenttia.

Heidän tutkimustuloksensa kuvataan yksityiskohtaisesti tällä viikolla The Astrophysical Journal -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa. Löydökset voivat auttaa tiedemiehiä ymmärtämään, miten maailmankaikkeus on kehittynyt – ja mistä sen loppuosa koostuu.

Tiedemiehet uskovat maailmankaikkeuden koostuvan kolmesta asiasta: normaalista aineesta, pimeästä aineesta ja pimeästä energiasta. Normaaliaine on atomeja, joista kaikki maailmankaikkeuden kohteet koostuvat, mutta sen osuus kosmoksesta on kuitenkin pienin.

Tosiasiassa suurin osa maailmankaikkeudesta koostuu pimeästä energiasta. Teorian mukaan pimeän energian osuus maailmankaikkeudesta on noin 70 prosenttia, mutta runsaudestaan huolimatta pimeää energiaa ei ole koskaan suoraan havaittu eikä mitattu.

Pimeä aine muodostaa loput maailmankaikkeudesta. Se on puuttuva massa, joka pitää kaiken aineen, galaksit ja tähdet paikoillaan gravitaatiovoimansa avulla.

Pimeän energian ja pimeän aineen salaperäisen ja, noh, pimeän luonteen vuoksi on vaikea määritellä tarkalleen, kuinka suuren osan maailmankaikkeudesta ne muodostavat.

Lasketakseen maailmankaikkeuden normaalin materian määrän uuden tutkimuksen tekijätiimi tarkasteli kosmoksen suurimpia rakenteita – galaksijoukkoja.

Galaksijoukot koostuvat sadoista tai tuhansista galakseista, jotka on sidottu yhteen painovoiman avulla. Ne muodostuvat aineesta, joka on miljardien vuosien aikana romahtanut oman painovoimansa painon alla, joten nykyisin havaittujen klusterien määrä korreloi maailmankaikkeuden aineen kokonaismäärän kanssa.

”Suurempi aineen osuus johtaisi useampiin klustereihin”, UCR:n fysiikan ja tähtitieteen laitoksen jatko-opiskelija ja uuden tutkimuksen pääkirjoittaja Mohamed Abdullah sanoi lausunnossaan. ”Ryhmämme ’Kultakutri-haasteena’ oli mitata klusterien määrä ja sen jälkeen määrittää, mikä vastaus oli ’juuri oikea’.”

Uuden tutkimuksen takana oleva ryhmä loi luettelon galaksien klustereista ja vertasi luettelossaan olevien klusterien määrää klusterien simulaatioihin normaalin aineen kokonaismäärän määrittämiseksi. Näin he laskivat normaalin aineen parhaaksi yhteisarvoksi 31,5 prosenttia maailmankaikkeuden aineen ja energian kokonaismäärästä.

Loppu 68,5 prosenttia on tutkimuksen mukaan pimeää energiaa.

Pimeän energian ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää maailmankaikkeuden ymmärtämisen kannalta. Tämä pimeä voima on vastuussa maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden kiihtymisestä ja vetää galakseja erilleen voimakkaalla gravitaatiovoimallaan.

Kun tutkijat saavat paremman käsityksen maailmankaikkeuden laajenemisnopeudesta, he saavat myös paremman käsityksen siitä, miten maailmankaikkeus on kehittynyt aikojen kuluessa ja mistä kaikki alkoi.

Tiivistelmä: Johdamme kosmologisia rajoitteita aineen tiheydelle, , ja fluktuaatioiden amplitudille, , käyttäen , luetteloa 1800 galaksiklusterista, jotka tunnistimme Sloan Digital Sky Survey-DR13 spektroskooppisesta aineistosta käyttäen GalWeight-tekniikkaamme klusterin jäsenyyden määrittämiseksi. Analysoimalla 756 klusterin osaotosta punasiirtymäalueella 0,045 ≤ z ≤ 0,125 ja viriaalimassoilla M ≥ 0,8 × 1014, joiden keskimääräinen punasiirtymä on z = 0,085, saamme (systemaattisen) ja (systemaattisen), klusterin normalisointisuhteen ollessa . Lähestymistavassamme on useita ainutlaatuisia näkökohtia: käytämme suurinta tällä hetkellä saatavilla olevaa spektroskooppista dataa ja määrittelemme jäsenyyden GalWeight-tekniikalla, jonka olemme osoittaneet olevan erittäin tehokas maksimoimaan samaan aikaan vilpittömien klusterien jäsenten määrän ja minimoimaan samalla kontaminoivien tunkeutujien määrän. Sen sijaan, että käyttäisimme skaalaussuhteita, laskemme klusterimassat erikseen käyttämällä viriaalimassan estimaattoria. Koska kyseessä on matalan punasiirtymän klusteriluettelo, meidän ei tarvitse tehdä mitään oletuksia kosmologisten parametrien tai itse klusterien ominaisuuksien kehityksestä. Rajoituksemme ja ovat johdonmukaisia ja hyvin kilpailukykyisiä niiden rajoitusten kanssa, jotka on saatu muista kosmologisista luotaimista kuin klusterien runsaudesta, kuten kosmisesta mikroaaltotaustasta, baryonisesta akustisesta värähtelystä (BAO) ja supernovista. Klusteriaineistomme yhteinen analyysi Planck18+BAO+Pantheonin kanssa antaa ja .

.