Ученые точно измерили общее количество материи во Вселенной

Главная цель космологии – точное измерение общего количества материи во Вселенной, что является непростой задачей даже для самых опытных математиков.

Как рассказывают в Калифорнийском университете в Риверсайде (UCR), это сделала команда под их руководством. Результаты исследования были опубликованы 25 сентября в журнале «The Astrophysical Journal»

Ученые определили, что материя составляет 31% от общего количества материи и энергии во Вселенной.

«Если рассматривать это количество материи в контексте, то если бы вся материя во Вселенной была распределена равномерно по космосу, это соответствовало бы средней плотности массы, равной лишь примерно шести атомам водорода на кубический метр», – сказал первый автор Мохамед Абдулла, аспирант кафедры физики и астрономии в UCR. «Однако, поскольку мы знаем, что 80% материи на самом деле является темной материей, в действительности большая часть этой материи состоит не из атомов водорода, а скорее из того типа материи, который космологи пока не понимают».

Абдулла объяснил, что одной из хорошо проверенных методик определения общего количества материи во Вселенной является сравнение наблюдаемого количества и массы галактических скоплений на единицу объема с прогнозами, полученными в результате численного моделирования. Поскольку современные скопления галактик образовались из материи, которая разрушалась в течение миллиардов лет под действием собственной гравитации, количество скоплений, наблюдаемых в настоящее время, очень чувствительно к космологическим условиям и, в частности, общего количества материи.

«Более высокий процент материи привел бы к большему количеству скоплений», – сказал Абдулла. «Задача "Златовласки" (*) для нашей команды состояла в том, чтобы измерить количество скоплений, а затем определить, какой ответ был "как раз правильный". Но трудно точно измерить массу любого скопления галактик, поскольку большая часть материи темная, поэтому мы не можем увидеть ее с помощью телескопов».

Чтобы преодолеть эту сложность, команда астрономов под руководством UCR впервые разработала "GalWeight" – космологический инструмент для измерения массы галактических скоплений, используя орбиты галактик, входящих в эти скопления. Затем исследователи применили свой инструмент для обработки наблюдений от "Слоановского цифрового обзора неба" для создания "GalWCat19" – общедоступного каталога скоплений галактик. Наконец, они сравнили количество скоплений в своем новом каталоге с результатами моделирования, чтобы определить общее количество материи во Вселенной.

«Нам удалось сделать одно из наиболее точных измерений, когда-либо сделанных с помощью метода галактических скоплений», – сказала соавтор Джиллиан Уилсон, профессор физики и астрономии в UCR, в лаборатории которой работает Абдулла. «Более того, это первое использование метода орбит галактик, получивший значение, согласуемое с тем, которое получивших группы, применявшие методы без скоплений, такие как анизотропии космического микроволнового фона, барионные акустические колебания, сверхновые типа "Ia" или гравитационное линзирование».

«Огромным преимуществом использования нашего метода орбит галактик GalWeight было то, что наша команда смогла определить массу для каждого скопления отдельно, а не полагаться на более косвенные, статистические методы», - сказал третий соавтор Анатолий Клыпин, специалист по численному моделированию и космологии.

Соединив свои измерения с результатами других команд, которые применяли различные методы, команда, руководимая UCR, смогла определить наилучшее комбинированное значение, придя к выводу, что материя составляет 31,5 ± 1,3% от общего количества материи и энергии во Вселенной.

Читайте еще интересные новости о космосе.

* «Златовласка» – персонаж английской сказки, известной у нас как «Маша и три медведя». В ней девочка, забравшись в пустой домик, искала предметы – тарелки, стулья, кровати – которые были бы для нее «как раз», пока не нашла такие.