Przejdź do treści

Naukowcy dokładnie zmierzyli całkowitą ilość materii Wszechświata

gromady galaktyczne

Jednym z głównych celów badań kosmologicznych jest precyzyjne zmierzenie całkowitej ilości materii zawartej w Kosmosie. To bywa jednak dość zniechęcającym zadaniem – nawet dla najbardziej biegłych matematycznie naukowców. Wyzwanie to podjął jednak z powodzeniem zespół kierowany przez fizyków z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside.

W raporcie opublikowanym w Astrophysical Journal zespół ustalił, że łącznie rozumiana materia stanowi tylko 31% całkowitej ilości materii i energii we Wszechświecie, podczas gdy pozostałą część stanowi... ciemna energia.

Oznacza to jednak, że gdyby cała materia Wszechświata była równomiernie rozłożona w przestrzeni, odpowiadałoby to średniej gęstości masowej równej zaledwie około sześciu atomom wodoru na metr sześcienny. – Ponieważ wiemy, że 80% tej materii to w rzeczywistości ciemna materia, to dodatkowo większość tej całej materii (31%) nie składa się wcale z atomów wodoru, a raczej z jakiejś innej, egzotycznej dla nas materii, której kosmolodzy jeszcze nie rozumieją – dodaje główny autor pracy, Mohamed Abdullah, doktorant na Wydziale Fizyki i Astronomii UCR.

Abdullah zauważa, że jedną z dobrze sprawdzonych technik określania całkowitej ilości materii we Wszechświecie jest porównywanie zaobserwowanej liczby i masy gromad galaktyk na jednostkę objętości z przewidywaniami teoretycznymi, jakie wynikają dla tych samych wartości kosmologicznych z komputerowych symulacji numerycznych. Dzięki temu, że współczesne gromady galaktyk utworzyły się z materii, która zapadała się przez ostatnie miliardy lat pod wpływem własnej grawitacji, liczba obserwowanych obecnie gromad jest bardzo wrażliwa na te początkowe warunki kosmologiczne, a zwłaszcza na całkowitą ilość materii Kosmosu.

– Większy odsetek obecnej we Wszechświecie materii skutkowałby większą liczbą gromad – wyjaśnia Abdullah – Wyzwaniem dla naszego zespołu było zmierzenie liczby gromad, a następnie określenie, jaki wynik dla niej jest tym odpowiednim i optymalnym. Trudno jest jednak dokładnie zmierzyć masę dowolnej gromady galaktyk, ponieważ większość materii, jaką one zawierają, to ciemna materia, możemy zatem nie widzieć jej za pomocą naszych teleskopów.

Aby pokonać tę trudność obserwacyjną, zespół astronomów z UCR najpierw opracował nowy, bardzo dokładny katalog „GalWeight" – publicznie dostępny katalog gromad galaktyk oparty na wielkim przeglądzie optycznym Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Następnie naukowcy porównali liczbę gromad obecnych w tym nowym katalogu z liczbą gromad, jaką „wyrzucają” kosmologiczne symulacje komputerowe. Pozwoliło im to z dość znaczną precyzją określić całkowitą ilość materii we Wszechświecie.

– Udało nam się dokonać jednego z najbardziej precyzyjnych pomiarów, jakie kiedykolwiek przeprowadzono z użyciem gromad galaktyk – dodaje współautorka artykułu, Gillian Wilson, profesor fizyki i astronomii na UCR – Co więcej, jest to pierwsze użycie techniki tzw. orbit galaktycznych, w ramach której uzyskano wartość zgodną z wartościami uzyskanymi przez inne zespoły, stosujące całkiem odmienne techniki nie związane z gromadami, takie jak anizotropia mikrofalowego promieniowania tła, wykorzystanie barionowych oscylacji akustycznych, supernowych typu Ia czy soczewkowania grawitacyjnego.

– Ogromną zaletą korzystania z techniki opartej na katalogu GalWeight jest to, że nasz zespół był w stanie określić masę dla każdej gromady z osobna, zamiast polegać na bardziej pośrednich metodach statystycznych – podsumowuje trzeci autor, Anatoly Klypin, ekspert w dziedzinie symulacji numerycznych i kosmologii.

 

materia stanowi około 31% całkowitej ilości materii i energii we Wszechświecie
Na zdjęciu powyżej: Zespół ustalił, że materia stanowi około 31% całkowitej ilości materii i energii we Wszechświecie. Kosmolodzy uważają, że około 20% tej całkowitej materii składa się z regularnej – lub „barionowej” materii – obejmującej gwiazdy, galaktyki, atomy i cegiełki życia, podczas gdy około 80% składa się z ciemnej materii, której tajemnicza natura nie jest jeszcze znana.
Źródło: UCR/Mohamed Abdullah


Łącząc swe pomiary z wynikami innych zespołów, które stosowały różne inne techniki, zespół kierowany z UCR był w stanie określić najdokładniejszą łączną wartość materii, stwierdzając, że stanowi ona 31,5 ± 1,3% całkowitej ilości materii i energii we Wszechświecie.

Badania zostały dofinansowane z grantów National Science Foundation i NASA.

 

Czytaj więcej:

Źródło: UCR

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Na zdjęciu powyżej: Zespół porównał zmierzoną przez siebie liczbę gromad galaktyk z przewidywaniami wynikającymi z symulacji numerycznych.
Źródło: UCR/Mohamed Abdullah