Planeten, sterren en andere kosmische objecten bestaan uit materie, net als de atomen die zelfs in ons eigen lichaam voorkomen. Maar materie is niet alles waaruit het heelal bestaat, en op kosmische schaal is het moeilijk om precies te bepalen hoeveel normale materie is, en hoeveel iets anders.

Een team wetenschappers van de University of California, Riverside beweert dat zij de meest nauwkeurige meting hebben gedaan van de hoeveelheid normale materie in het heelal – en die bedraagt slechts 31,5 procent.

Hun onderzoek is gedetailleerd beschreven in een studie die deze week is gepubliceerd in The Astrophysical Journal. De bevindingen zouden wetenschappers kunnen helpen begrijpen hoe het heelal is geëvolueerd – en waar de rest van het heelal uit bestaat.

Wetenschappers geloven dat het heelal uit drie dingen bestaat: normale materie, donkere materie, en donkere energie. Normale materie zijn de atomen waaruit alle kosmische objecten in het heelal zijn opgebouwd, maar zij maakt het kleinste deel van de kosmos uit.

In feite bestaat het grootste deel van het heelal uit donkere energie. Er wordt verondersteld dat donkere energie zo’n 70 procent van het heelal uitmaakt, maar ondanks zijn overvloed is donkere energie nooit rechtstreeks waargenomen of gemeten.

Donkere materie vormt de rest van het heelal. Het is de ontbrekende massa die alle materie, sterrenstelsels en sterren op hun plaats houdt door zijn zwaartekracht.

Door de mysterieuze en, nou ja, donkere aard van donkere energie en donkere materie, is het moeilijk om precies te bepalen hoeveel van het heelal ze uitmaken.

Om de hoeveelheid normale materie in het heelal te berekenen, keek het team achter de nieuwe studie naar de grootste structuren van de kosmos – clusters van sterrenstelsels.

Clusters van sterrenstelsels bestaan uit honderden tot duizenden sterrenstelsels, die door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden. Ze ontstaan uit materie die in de loop van miljarden jaren onder het gewicht van zijn eigen zwaartekracht is ingestort, zodat het aantal clusters dat vandaag de dag is waargenomen, correleert met de totale hoeveelheid materie in het heelal.

“Een hoger percentage materie zou resulteren in meer clusters,” zei Mohamed Abdullah, een afgestudeerde student aan de afdeling natuurkunde en sterrenkunde van de UCR, en hoofdauteur van de nieuwe studie, in een verklaring. “De ‘Goldilocks’-uitdaging voor ons team was om het aantal clusters te meten en vervolgens te bepalen welk antwoord ‘precies goed’ was.”

Het team achter de nieuwe studie creëerde een catalogus van melkwegclusters, en vergeleek het aantal clusters in hun catalogus met simulaties van clusters om de totale hoeveelheid normale materie te bepalen. Door dit te doen, berekenden ze de beste gecombineerde waarde van normale materie op 31,5 procent van de totale hoeveelheid materie en energie in het universum.

De resterende 68,5 procent is donkere energie, volgens de studie.

Het begrijpen van donkere energie is van cruciaal belang voor ons begrip van het universum. Deze donkere kracht is verantwoordelijk voor de versnelde uitdijingssnelheid van het heelal, en trekt sterrenstelsels uit elkaar met zijn sterke zwaartekracht.

Als wetenschappers een beter idee krijgen van de uitdijingssnelheid van het heelal, zullen ze ook een beter inzicht krijgen in hoe het heelal zich in de loop der tijd heeft ontwikkeld, en waar het allemaal is begonnen.

Abstract: We leiden kosmologische beperkingen af op de materiedichtheid, en de amplitude van fluctuaties, door gebruik te maken van een catalogus van 1800 clusters van melkwegstelsels die we hebben geïdentificeerd in de Sloan Digital Sky Survey-DR13 spectroscopische dataset met behulp van onze GalWeight techniek om clustermaatschappen te bepalen. Door een deelsteekproef van 756 clusters te analyseren in een roodverschuivingsgebied van 0,045 ≤ z ≤ 0,125 en viriële massa’s van M ≥ 0,8 × 1014 met een gemiddelde roodverschuiving van z = 0,085, verkrijgen we (systematische) en (systematische), met een clusternormalisatieverhouding van . Onze aanpak heeft een aantal unieke aspecten: we gebruiken de grootste spectroscopische gegevensverzameling die momenteel beschikbaar is, en we wijzen het lidmaatschap toe met behulp van de GalWeight-techniek, waarvan we hebben aangetoond dat die zeer effectief is in het gelijktijdig maximaliseren van het aantal bonafide clustermembers en minimaliseren van het aantal vervuilende interlopers. In plaats van schalingsrelaties te gebruiken, berekenen we bovendien de clustermassa’s afzonderlijk met behulp van de virale massaschatter. Omdat dit een catalogus van clusters met een lage roodverschuiving is, hoeven we geen aannames te doen over de evolutie in kosmologische parameters of in de eigenschappen van de clusters zelf. Onze constraints op en zijn consistent en zeer concurrerend met die verkregen uit niet-cluster abundantie kosmologische sondes zoals de kosmische microgolf achtergrond, baryonische akoestische oscillatie (BAO), en supernovae. De gezamenlijke analyse van onze clustergegevens met Planck18+BAO+Pantheon geeft en .