Вчені точно виміряли загальну кількість матерії у Всесвіті

Головна мета космології – точне вимірювання загальної кількості матерії у Всесвіті, що є непростою задачею навіть для найбільш досвідчених математиків.

Як розповідають в Каліфорнійському університеті в Ріверсайді (UCR), це зробила команда під їхнім керівництвом. Результати дослідження були опубліковані 25 вересня в журналі «The Astrophysical Journal»

Вчені визначили, що матерія складає 31% від загальної кількості матерії та енергії у Всесвіті.

«Якщо розглядати цю кількість матерії в контексті, то якби вся матерія у Всесвіті була розподілена рівномірно по космосу, це відповідало б середній щільності маси, яка дорівнює лише приблизно шести атомам водню на кубічний метр», – сказав перший автор Мохамед Абдулла, аспірант кафедри фізики та астрономії в UCR. «Однак, оскільки ми знаємо, що 80% матерії насправді є темною матерією, в дійсності більша частина цієї матерії складається не з атомів водню, а скоріше з того типу матерії, який космологи поки що не розуміють».

Абдулла пояснив, що однією з добре перевірених методик визначення загальної кількості матерії у Всесвіті є порівняння спостережуваної кількості та маси галактичних скупчень на одиниці об’єму з прогнозами, отриманими у результаті чисельного моделювання. Оскільки сучасні скупчення галактик утворилися з матерії, яка руйнувалася протягом мільярдів років під дією власної гравітації, кількість скупчень, що спостерігаються на даний час, дуже чутлива до космологічних умов і, зокрема, загальної кількості матерії.

«Більш високий відсоток матерії призвів би до більшої кількості скупчень», – сказав Абдулла. «Завданням "Золотоволоски" (*) для нашої команди полягало в тому, щоби виміряти кількість скупчень, а потім визначити, яка відповідь була "якраз правильною". Але важко точно виміряти масу будь-якого скупчення галактик, оскільки більша частина матерії темна, тому ми не можемо побачити її за допомогою телескопів».

Щоб подолати цю складність, команда астрономів під керівництвом UCR вперше розробила "GalWeight" – космологічний інструмент для вимірювання маси галактичних скупчень, використовуючи орбіти галактик, що входять до цих скупчень. Потім дослідники застосували свій інструмент для обробки спостережень від "Слоанівського цифрового огляду неба" для створення "GalWCat19" – загальнодоступного каталогу скупчень галактик. Нарешті, вони порівняли кількість скупчень у своєму новому каталозі із результатами моделювання, щоб визначити загальну кількість матерії у Всесвіті.

«Нам вдалося зробити одне з найбільш точних вимірювань, коли-небудь зроблених за допомогою методу галактичних скупчень», – сказала співавтор Джилліан Вілсон, професор фізики та астрономії в UCR, в лабораторії якої працює Абдулла. «Більше того, це перше використання методу орбіт галактик, який отримав значення, що погоджуються з тим, які отримали групи, які застосовували методи без скупчень, такі як анізотропії космічного мікрохвильового фону, баріонні акустичні коливання, наднові типу "Ia" або гравітаційне лінзування».

«Величезною перевагою використання нашого методу орбіт галактик GalWeight було те, що наша команда змогла визначити масу для кожного скупчення окремо, а не покладатися на більш непрямі, статистичні методи», - сказав третій співавтор Анатолій Клипін, фахівець з числового моделювання та космології.

Поєднавши свої вимірювання з результатами інших команд, які застосовували різні методи, команда, керована UCR, змогла визначити найкраще комбіноване значення, дійшовши висновку, що матерія становить 31,5 ± 1,3% від загальної кількості матерії та енергії у Всесвіті.

Читайте ще цікаві новини про космос.

* «Золотоволоска» – персонаж англійської казки, відомої у нас як «Маша і три ведмеді». В ній дівчинка, забравшись у порожню хатинку, шукала предмети – тарілки, стільці, ліжка – які були б для неї «якраз», поки не знайшла такі.