Teamet fastställde att materia utgör cirka 31 % av den totala mängden materia och energi i universum. Kosmologer tror att cirka 20 % av den totala materien är gjord av vanlig - eller "baryonisk" materia - som inkluderar stjärnor, galaxer, atomer, och livet, medan cirka 80 % är gjord av mörk materia, vars mystiska natur ännu inte är känd men kan bestå av någon ännu oupptäckt subatomär partikel. Kredit:Mohamed Abdullah, UC Riverside.
Ett toppmål inom kosmologi är att exakt mäta den totala mängden materia i universum, en skrämmande övning för även de mest matematiskt skickliga. Ett team ledd av forskare vid University of California, Riverside, har nu gjort just det.
Rapportering i Astrofysisk tidskrift , teamet fastställde att materia utgör 31 % av den totala mängden materia och energi i universum, medan resten består av mörk energi.
"För att sätta den mängden materia i sitt sammanhang, om all materia i universum spreds ut jämnt över rymden, det skulle motsvara en genomsnittlig massdensitet lika med endast cirka sex väteatomer per kubikmeter, " sa första författaren Mohamed Abdullah, en doktorand vid UCR Institutionen för fysik och astronomi. "Dock, eftersom vi vet att 80% av materia faktiskt är mörk materia, i verkligheten, det mesta av denna materia består inte av väteatomer utan snarare av en typ av materia som kosmologer ännu inte förstår."
Abdullah förklarade att en väl beprövad teknik för att bestämma den totala mängden materia i universum är att jämföra det observerade antalet och massan av galaxhopar per volymenhet med förutsägelser från numeriska simuleringar. Eftersom dagens galaxhopar har bildats av materia som har kollapsat under miljarder år under sin egen gravitation, antalet observerade kluster för närvarande är mycket känsligt för kosmologiska förhållanden och, särskilt, den totala mängden materia.
Som guldlock, teamet jämförde antalet galaxhopar de mätte med förutsägelser från numeriska simuleringar för att avgöra vilket svar som var "precis rätt". Kredit:Mohamed Abdullah, UC Riverside.
"En högre andel materia skulle resultera i fler kluster, Abdullah sa. "Guldlockens utmaning för vårt team var att mäta antalet kluster och sedan avgöra vilket svar som var "precis rätt." Men det är svårt att mäta massan av någon galaxhop exakt eftersom det mesta av materien är mörk så vi kan inte se den med teleskop."
För att övervinna denna svårighet, det UCR-ledda teamet av astronomer utvecklade först "GalWeight", ett kosmologiskt verktyg för att mäta massan av en galaxhop med hjälp av banorna för dess medlemsgalaxer. Forskarna använde sedan sitt verktyg på observationer från Sloan Digital Sky Survey (SDSS) för att skapa "GalWCat19, " en allmänt tillgänglig katalog över galaxkluster. Slutligen, de jämförde antalet kluster i sin nya katalog med simuleringar för att bestämma den totala mängden materia i universum.
"Vi har lyckats göra en av de mest exakta mätningarna som någonsin gjorts med hjälp av galaxklustertekniken, " sa medförfattaren Gillian Wilson, en professor i fysik och astronomi vid UCR i vars labb Abdullah arbetar. "Dessutom, detta är den första användningen av galaxomloppstekniken som har erhållit ett värde som överensstämmer med de som erhållits av team som använde icke-klustertekniker som kosmiska mikrovågsbakgrundsanisotropier, baryon akustiska svängningar, Typ Ia supernovor, eller gravitationslinser."
"En stor fördel med att använda vår GalWeight-galaxomloppsteknik var att vårt team kunde bestämma massan för varje kluster individuellt snarare än att förlita sig på mer indirekta, statistiska metoder, " sa den tredje medförfattaren Anatoly Klypin, en expert på numeriska simuleringar och kosmologi.
Genom att kombinera sina mätningar med de från de andra teamen som använde olika tekniker, det UCR-ledda teamet kunde bestämma ett bästa kombinerade värde, drar slutsatsen att materia utgör 31,5±1,3% av den totala mängden materia och energi i universum.
Forskningsuppsatsen har titeln "Cosmological Constraints on Ωm and σ8 from Cluster Abundances using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog."
