Planeten, Sterne und andere kosmische Objekte bestehen aus Materie, ebenso wie die Atome, die sogar in unserem eigenen Körper existieren. Aber Materie ist nicht alles, was das Universum ausmacht, und im kosmischen Maßstab ist es schwierig, genau zu bestimmen, wie viel davon normale Materie ist und wie viel etwas anderes.

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität von Kalifornien in Riverside behauptet, die genaueste Messung der Menge an normaler Materie im Universum vorgenommen zu haben – und es sind nur 31,5 Prozent.

Ihre Forschung wird in einer Studie beschrieben, die diese Woche im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. Die Ergebnisse könnten den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie sich das Universum entwickelt hat – und woraus der Rest davon besteht.

Wissenschaftler glauben, dass das Universum aus drei Dingen besteht: normale Materie, dunkle Materie und dunkle Energie. Normale Materie sind die Atome, aus denen alle kosmischen Objekte im Universum bestehen, aber sie machen den kleinsten Teil des Kosmos aus.

In der Tat besteht der größte Teil des Universums aus dunkler Energie. Man geht davon aus, dass die dunkle Energie etwa 70 Prozent des Universums ausmacht, aber trotz ihrer Häufigkeit wurde die dunkle Energie noch nie direkt beobachtet oder gemessen.

Die dunkle Materie macht den Rest des Universums aus. Sie ist die fehlende Masse, die alle Materie, Galaxien und Sterne durch ihre Gravitationskraft an Ort und Stelle hält.

Durch die mysteriöse und, nun ja, dunkle Natur der dunklen Energie und der dunklen Materie ist es schwer, genau zu bestimmen, wie viel des Universums sie ausmachen.

Um die Menge der normalen Materie im Universum zu berechnen, untersuchte das Team hinter der neuen Studie die größten Strukturen des Kosmos – Galaxienhaufen.

Galaxienhaufen bestehen aus Hunderten bis Tausenden von Galaxien, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind. Sie bilden sich aus Materie, die im Laufe von Milliarden von Jahren unter dem Gewicht ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert ist, so dass die Anzahl der heute beobachteten Galaxienhaufen mit der Gesamtmenge an Materie im Universum korreliert.

„Ein höherer Prozentsatz an Materie würde zu mehr Galaxienhaufen führen“, sagte Mohamed Abdullah, Doktorand an der Abteilung für Physik und Astronomie der UCR und Hauptautor der neuen Studie, in einer Erklärung. „Die ‚Goldlöckchen‘-Herausforderung für unser Team bestand darin, die Anzahl der Galaxienhaufen zu messen und dann zu bestimmen, welche Antwort ‚genau richtig‘ war.“

Das Team hinter der neuen Studie erstellte einen Katalog von Galaxienhaufen und verglich die Anzahl der Haufen in ihrem Katalog mit Simulationen von Haufen, um die Gesamtmenge der normalen Materie zu bestimmen. Auf diese Weise errechneten sie den besten kombinierten Wert der normalen Materie, der bei 31,5 Prozent der Gesamtmenge an Materie und Energie im Universum liegt.

Die verbleibenden 68,5 Prozent sind der Studie zufolge dunkle Energie.

Die dunkle Energie zu verstehen ist entscheidend für unser Verständnis des Universums. Diese dunkle Kraft ist für die beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich und zieht mit ihrer starken Gravitationskraft Galaxien auseinander.

Wenn Wissenschaftler eine bessere Vorstellung von der Ausdehnungsrate des Universums bekommen, erhalten sie auch einen besseren Einblick, wie sich das Universum im Laufe der Zeit entwickelt hat und wo alles begann.

Zusammenfassung: Wir leiten kosmologische Einschränkungen für die Materiedichte und die Amplitude der Fluktuationen ab, indem wir einen Katalog von 1800 Galaxienhaufen verwenden, die wir in den spektroskopischen Daten des Sloan Digital Sky Survey-DR13 identifiziert haben, wobei wir unsere GalWeight-Technik zur Bestimmung der Zugehörigkeit zu den Haufen verwenden. Durch die Analyse einer Teilstichprobe von 756 Haufen in einem Rotverschiebungsbereich von 0,045 ≤ z ≤ 0,125 und Virialmassen von M ≥ 0,8 × 1014 mit einer mittleren Rotverschiebung von z = 0,085 erhalten wir (systematisch) und (systematisch), mit einer Haufennormalisierungsbeziehung von . Unser Ansatz ist in mehrfacher Hinsicht einzigartig: Wir verwenden den größten derzeit verfügbaren spektroskopischen Datensatz, und wir ordnen die Mitglieder mit Hilfe der GalWeight-Technik zu, die sich als sehr effektiv erwiesen hat, um gleichzeitig die Anzahl der echten Haufenmitglieder zu maximieren und die Anzahl der kontaminierenden Eindringlinge zu minimieren. Anstatt Skalierungsbeziehungen zu verwenden, berechnen wir die Haufenmassen individuell mit Hilfe des Virialmassenschätzers. Da es sich um einen Haufenkatalog mit niedriger Rotverschiebung handelt, müssen wir keine Annahmen über die Entwicklung der kosmologischen Parameter oder der Eigenschaften der Haufen selbst machen. Unsere Beschränkungen für und sind konsistent und sehr konkurrenzfähig mit denen, die aus kosmologischen Sonden ohne Clusterhäufigkeit gewonnen wurden, wie dem kosmischen Mikrowellenhintergrund, der baryonischen akustischen Oszillation (BAO) und Supernovae. Die gemeinsame Analyse unserer Sternhaufendaten mit Planck18+BAO+Pantheon ergibt und .