Planeter, stjärnor och andra kosmiska objekt består av materia, liksom de atomer som finns även i våra egna kroppar. Men materia är inte allt som utgör universum, och på den kosmiska skalan är det svårt att avgöra exakt hur mycket som är normal materia och hur mycket som är något annat.

En grupp forskare från University of California, Riverside hävdar att de har gjort den mest exakta mätningen av mängden normal materia i universum – och den är bara 31,5 procent.

Din forskning beskrivs i detalj i en studie som publiceras denna vecka i The Astrophysical Journal. Resultaten kan hjälpa forskarna att förstå hur universum utvecklats – och vad resten av det består av.

Vetenskapsmännen tror att universum består av tre saker: normal materia, mörk materia och mörk energi. Normal materia är de atomer som utgör alla kosmiska objekt i universum, men utgör ändå den minsta delen av kosmos.

I själva verket består det mesta av universum av mörk energi. Mörk energi antas utgöra cirka 70 procent av universum, men trots sitt överflöd har mörk energi aldrig direkt observerats eller mätts.

Den mörka materian står för resten av universum. Det är den saknade massan som håller all materia, galaxer och stjärnor på plats genom sin gravitationskraft.

På grund av den mörka energins och den mörka materiens mystiska och, ja, mörka natur är det svårt att fastställa exakt hur stor del av universum som de står för.

För att beräkna mängden normal materia i universum tittade teamet bakom den nya studien på de största strukturerna i kosmos – galaxkluster.

Galaxikluster består av hundratals till tusentals galaxer som är bundna till varandra genom gravitationen. De bildas av materia som under miljarder år har kollapsat under sin egen gravitation, så antalet galaxkluster som observeras idag korrelerar med den totala mängden materia i universum.

”En högre procentuell andel materia skulle resultera i fler kluster”, säger Mohamed Abdullah, doktorand vid UCR:s institution för fysik och astronomi och huvudförfattare till den nya studien, i ett uttalande. ”Guldlockens utmaning för vårt team var att mäta antalet kluster och sedan bestämma vilket svar som var ”lagom”.”

Teamet bakom den nya studien skapade en katalog över galaxkluster och jämförde antalet kluster i deras katalog med simuleringar av kluster för att bestämma den totala mängden normal materia. Genom att göra detta beräknade de att det bästa kombinerade värdet av normal materia ligger på 31,5 procent av den totala mängden materia och energi i universum.

De återstående 68,5 procenten är mörk energi, enligt studien.

Förståelsen av mörk energi är avgörande för vår förståelse av universum. Denna mörka kraft är ansvarig för den accelererande expansionshastigheten i universum och drar galaxer isär med sin starka gravitationskraft.

När forskarna får en bättre uppfattning om universums expansionshastighet kommer de också att få en bättre inblick i hur universum har utvecklats över tid, och var allt började.

Sammanfattning: Vi härleder kosmologiska begränsningar på materietätheten, , och amplituden av fluktuationer, , med hjälp av , en katalog över 1800 galaxkluster som vi identifierat i Sloan Digital Sky Survey-DR13 spektroskopiska datamängden med hjälp av vår GalWeight-teknik för att bestämma klustertillhörighet. Genom att analysera ett delprov av 756 kluster i ett rödförskjutningsintervall på 0,045 ≤ z ≤ 0,125 och virialmassor på M ≥ 0,8 × 1014 med en genomsnittlig rödförskjutning på z = 0,085, får vi (systematisk) och (systematisk), med en klusternormaliseringsrelation på . Det finns flera unika aspekter på vårt tillvägagångssätt: vi använder den största spektroskopiska datamängd som för närvarande finns tillgänglig, och vi tilldelar medlemskap med hjälp av GalWeight-tekniken, som vi har visat sig vara mycket effektiv när det gäller att samtidigt maximera antalet bona fide-klustermedlemmar och samtidigt minimera antalet kontaminerande interlopers. I stället för att använda skalrelationer beräknar vi dessutom klustermassorna individuellt med hjälp av virialmassans estimator. Eftersom det är en katalog över kluster med låg rödskift behöver vi inte göra några antaganden om utvecklingen av vare sig kosmologiska parametrar eller klustrens egna egenskaper. Våra begränsningar av och är konsekventa och mycket konkurrenskraftiga i förhållande till dem som erhålls från kosmologiska undersökningar som inte avser klustermängder, t.ex. kosmisk mikrovågsbakgrund, baryonisk akustisk oscillation (BAO) och supernovor. Den gemensamma analysen av våra klusterdata med Planck18+BAO+Pantheon ger och .