Astrofizycy określają całkowitą ilość materii we wszechświecie

To, co składa się na nasz wszechświat, jest trudne do zmierzenia, delikatnie mówiąc. Wiemy, że większość zawartości materii i energii we wszechświecie składa się z ciemnej energii, tajemniczej nieznanej siły, która napędza ekspansję wszechświata. I wiemy, że reszta to materia, zarówno normalna, jak i ciemna.

Dokładne ustalenie proporcji tych trzech jest wyzwaniem, ale naukowcy twierdzą, że wykonali jeden z najbardziej precyzyjnych pomiarów, aby określić proporcje materii.

Zgodnie z ich obliczeniami, zwykła materia i ciemna materia łącznie stanowią 31,5% zawartości materii i energii we Wszechświecie. Pozostałe 68,5 procent to ciemna energia.

„Aby umieścić tę ilość materii w kontekście, gdyby cała materia we wszechświecie była równomiernie rozłożona w przestrzeni, odpowiadałoby to średniej gęstości masowej równej tylko około sześciu atomom wodoru na metr sześcienny” – powiedział astronom Mohamed Abdullah z University of California, Riverside i National Research Institute of Astronomy and Geophysics w Egipcie.

„Jednakże, ponieważ wiemy, że 80 procent materii to ciemna materia, w rzeczywistości większość tej materii nie składa się z atomów wodoru, ale raczej z materii, której kosmolodzy jeszcze nie rozumieją”.

Zrozumienie ciemnej energii jest w rzeczywistości kluczowe dla naszego zrozumienia Wszechświata. Nie wiemy dokładnie, co to jest – “ciemność” w nazwie odnosi się do tej tajemnicy – ale wydaje się, że jest to siła napędzająca ekspansję Wszechświata, której prędkość okazała się niezwykle trudna do zawężenia przeszłości pewien punkt .

Lepsze zrozumienie tempa ekspansji pozwoli nam lepiej zrozumieć ewolucję Wszechświata jako całości. Dlatego ograniczanie właściwości ciemnej energii jest dość ważnym przedsięwzięciem w kosmologii w ogóle i jest na to wiele sposobów.

Abdullah i jego zespół zastosowali metodę opartą na sposobie, w jaki rzeczy poruszają się w gromadach galaktyk – grupach do tysięcy galaktyk powiązanych ze sobą grawitacyjnie.

Generalnie gromady galaktyk są dobrym narzędziem do pomiaru materii we Wszechświecie. Dzieje się tak, ponieważ składają się z materii, która zebrała się w ciągu całego życia Wszechświata, około 13,8 miliarda lat, pod wpływem grawitacji.

Liczba skupisk, które możemy zaobserwować w objętości przestrzeni, jest bardzo wrażliwa na ilość materii, więc policzenie ich może dać rozsądny pomiar. Ale znowu, to nie jest proste zadanie.

„Większy procent materii oznaczałby więcej klastrów” – powiedział Abdullah .

„Wyzwaniem “zasady Złotowłosej*” dla naszego zespołu było zmierzenie liczby gromad, a następnie określenie, która odpowiedź była „w sam raz”. Trudno jest jednak dokładnie zmierzyć masę dowolnej gromady galaktyk, ponieważ większość materii jest ciemna, więc możemy nie widzieć tego za pomocą teleskopów. “

*Zasada Złotowłosej została nazwana przez analogię do bajki dla dzieci „Trzy misie”, w której młoda dziewczyna o imieniu Złotowłosa próbuje trzech różnych misek owsianki i stwierdza, że ​​woli owsiankę, która nie jest ani za gorąca, ani za zimna, ale ma odpowiednią temperatura.

Zespół znalazł sposób na obejście tego problemu za pomocą techniki zwanej GalWeight. Wykorzystuje orbity galaktyk w gromadzie i wokół niej, aby określić, które galaktyki faktycznie należą do danej gromady, a które nie, z ponad 98-procentową dokładnością. To, jak powiedzieli, zapewnia dokładniejszy spis tej gromady, co z kolei prowadzi do dokładniejszego obliczenia masy.

„Ogromną zaletą stosowania naszej techniki orbity galaktyk GalWeight było to, że nasz zespół był w stanie określić masę dla każdej gromady indywidualnie, zamiast polegać na bardziej pośrednich metodach statystycznych” – wyjaśnił astronom Anatoly Klypin z New Mexico State University.

Zespół zastosował swoją technikę do obserwacji zebranych przez Sloan Digital Sky Survey i stworzył katalog gromad galaktyk. Gromady te porównano następnie z symulacjami numerycznymi galaktyk, aby obliczyć całkowitą ilość materii we Wszechświecie.

Wynik zespołu – 31,5% materii i 68,5% ciemnej energii – pozostaje w ścisłej zgodności z innymi pomiarami zawartości materii i energii Wszechświata.

„Udało nam się dokonać jednego z najdokładniejszych pomiarów, jakie kiedykolwiek wykonano techniką gromady galaktyk” – powiedział astronom Gillian Wilson z UC Riverside.

„Co więcej, jest to pierwsze użycie techniki orbity galaktyk, która uzyskała wartość zgodną z wynikami uzyskanymi przez zespoły, które stosowały techniki nieklastrowe, takie jak anizotropia tła mikrofalowego promieniowania kosmicznego, barionowe oscylacje akustyczne, supernowe typu Ia lub soczewkowanie grawitacyjne”.

Zespół twierdzi, że wynik ten pokazuje, że GalWeight może okazać się bardzo przydatnym narzędziem do dalszego badania kosmologicznych właściwości Wszechświata.

Badania zostały opublikowane w The Astrophysical Journal .

Źródło: Michelle Starr

Cosmological Constraints on Ω m and σ 8 from Cluster Abundances Using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog

Zdjęcia: Valerio Pardi/Shutterstock

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x