Planety, gwiazdy i inne obiekty kosmiczne składają się z materii, podobnie jak atomy, które istnieją nawet w naszych własnych ciałach. Ale materia to nie wszystko, co składa się na wszechświat, a w skali kosmicznej trudno jest dokładnie określić, ile jest normalnej materii, a ile czegoś innego.

W zespole naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside twierdzą, że dokonali najdokładniejszego pomiaru ilości normalnej materii we wszechświecie – i jest to tylko 31,5 procent.

Ich badania są szczegółowo opisane w badaniu opublikowanym w tym tygodniu w The Astrophysical Journal. Odkrycia mogą pomóc naukowcom zrozumieć, jak wszechświat ewoluował – i z czego składa się jego reszta.

Naukowcy wierzą, że wszechświat składa się z trzech rzeczy: normalnej materii, ciemnej materii i ciemnej energii. Normalna materia to atomy, które tworzą wszystkie obiekty kosmiczne we wszechświecie, jednak stanowi ona najmniejszą część kosmosu.

W rzeczywistości większość wszechświata składa się z ciemnej energii. Teoretycznie ciemna energia stanowi około 70 procent wszechświata, ale pomimo jej obfitości, ciemna energia nigdy nie została bezpośrednio zaobserwowana ani zmierzona.

Ciemna materia odpowiada za resztę wszechświata. Jest to brakująca masa, która utrzymuje całą materię, galaktyki i gwiazdy na miejscu poprzez swoją siłę grawitacyjną.

Dzięki tajemniczej i, cóż, ciemnej naturze ciemnej energii i ciemnej materii, trudno jest dokładnie określić, jak dużą część wszechświata one stanowią.

Aby obliczyć ilość normalnej materii we wszechświecie, zespół stojący za nowym badaniem przyjrzał się największym strukturom kosmosu – gromadom galaktyk.

Gromady galaktyk składają się z setek do tysięcy galaktyk, powiązanych ze sobą poprzez grawitację. Tworzą się one z materii, która zapadała się przez miliardy lat pod ciężarem własnej grawitacji, więc liczba obserwowanych dziś gromad koreluje z całkowitą ilością materii we wszechświecie.

„Wyższy procent materii skutkowałby większą liczbą gromad”, powiedział w oświadczeniu Mohamed Abdullah, student studiów magisterskich na wydziale fizyki i astronomii UCR i główny autor nowego badania. „Wyzwaniem 'Goldilocks’ dla naszego zespołu było zmierzenie liczby gromad, a następnie określenie, która odpowiedź była 'w sam raz’.”

Zespół stojący za nowym badaniem stworzył katalog gromad galaktyk i porównał liczbę gromad w swoim katalogu z symulacjami gromad, aby określić całkowitą ilość normalnej materii. Robiąc to, obliczyli najlepszą połączoną wartość normalnej materii, aby być na 31,5 procent całkowitej ilości materii i energii we wszechświecie.

Pozostałe 68,5 procent to ciemna energia, zgodnie z badaniem.

Zrozumienie ciemnej energii jest kluczowe dla naszego zrozumienia wszechświata. Ta ciemna siła jest odpowiedzialna za przyspieszenie tempa ekspansji wszechświata, ciągnąc galaktyki od siebie ze swoją silną siłą grawitacyjną.

Jak naukowcy dostaną lepsze pojęcie o tempie ekspansji wszechświata, dostaną również lepszy wgląd w to, jak wszechświat ewoluował w czasie i gdzie to wszystko się zaczęło.

Streszczenie: Wyznaczamy kosmologiczne ograniczenia na gęstość materii i amplitudę fluktuacji używając katalogu 1800 gromad galaktyk, które zidentyfikowaliśmy w zestawie danych spektroskopowych Sloan Digital Sky Survey-DR13 używając naszej techniki GalWeight do określenia przynależności do gromady. Analizując podpróbkę 756 gromad w zakresie przesunięcia ku czerwieni 0,045 ≤ z ≤ 0,125 i masach wirialnych M ≥ 0,8 × 1014 przy średnim przesunięciu ku czerwieni z = 0,085, otrzymujemy (systematyczne) i (systematyczne), z relacją normalizacji gromady wynoszącą . Jest kilka unikalnych aspektów naszego podejścia: używamy największego dostępnego obecnie zestawu danych spektroskopowych i przypisujemy członkostwo używając techniki GalWeight, która, jak wykazaliśmy, jest bardzo efektywna w jednoczesnym maksymalizowaniu liczby prawdziwych członków gromady i minimalizowaniu liczby zanieczyszczających ją osobników. Ponadto, zamiast stosować relacje skalowania, obliczamy masy gromad indywidualnie, używając estymatora masy wirialnej. Ponieważ jest to katalog gromad o niskim przesunięciu ku czerwieni, nie musimy przyjmować żadnych założeń dotyczących ewolucji parametrów kosmologicznych ani własności samych gromad. Nasze ograniczenia na i są spójne i bardzo konkurencyjne z tymi otrzymanymi z nie-gromadowych sond kosmologicznych, takich jak kosmiczne mikrofalowe tło, barionowa oscylacja akustyczna (BAO) i supernowe. Wspólna analiza naszych danych gromadowych z Planck18+BAO+Pantheon daje i .