Forskere måler præcist den samlede mængde stof i universet

Et topmål i kosmologi er præcist at måle den samlede mængde stof i universet, en skræmmende øvelse for selv de mest matematisk dygtige. Et hold ledet af forskere ved University of California, Riverside, har nu gjort netop det.

Rapportering i Astrofysisk tidsskrift , holdet fastslog, at stof udgør 31 % af den samlede mængde stof og energi i universet, mens resten består af mørk energi.

"For at sætte den mængde stof i sammenhæng, hvis alt stof i universet var spredt jævnt ud over rummet, det ville svare til en gennemsnitlig massefylde svarende til kun omkring seks brintatomer pr. kubikmeter, " sagde førsteforfatter Mohamed Abdullah, en kandidatstuderende i UCR Institut for Fysik og Astronomi. "Imidlertid, da vi ved, at 80% af stof faktisk er mørkt stof, i virkeligheden, det meste af dette stof består ikke af brintatomer, men snarere af en type stof, som kosmologer endnu ikke forstår."

Abdullah forklarede, at en velafprøvet teknik til at bestemme den samlede mængde stof i universet er at sammenligne det observerede antal og masse af galaksehobe pr. volumenenhed med forudsigelser fra numeriske simuleringer. Fordi nutidens galaksehobe er dannet af stof, der er kollapset over milliarder af år under sin egen tyngdekraft, antallet af observerede klynger på nuværende tidspunkt er meget følsomt over for kosmologiske forhold og, i særdeleshed, den samlede mængde stof.

"En højere procentdel af stof ville resultere i flere klynger, Abdullah sagde. "Guldloks-udfordringen for vores team var at måle antallet af klynger og derefter bestemme, hvilket svar der var "det helt rigtige." Men det er svært at måle massen af ​​en hvilken som helst galaksehob nøjagtigt, fordi det meste af stoffet er mørkt, så vi kan ikke se det med teleskoper."

For at overvinde denne vanskelighed, det UCR-ledede hold af astronomer udviklede først "GalWeight", et kosmologisk værktøj til at måle massen af ​​en galaksehob ved hjælp af banerne for dens medlemsgalakser. Forskerne brugte derefter deres værktøj til observationer fra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) for at skabe "GalWCat19, " et offentligt tilgængeligt katalog over galaksehobe. Endelig, de sammenlignede antallet af klynger i deres nye katalog med simuleringer for at bestemme den samlede mængde stof i universet.

"Det er lykkedes os at lave en af ​​de mest præcise målinger, der nogensinde er foretaget ved hjælp af galaksehobe-teknikken, " sagde medforfatter Gillian Wilson, en professor i fysik og astronomi ved UCR, i hvis laboratorium Abdullah arbejder. "I øvrigt, dette er den første brug af galaksekredsløbsteknikken, som har opnået en værdi i overensstemmelse med dem opnået af hold, der brugte ikke-klyngeteknikker såsom kosmiske mikrobølgebaggrundsanisotropier, baryon akustiske svingninger, Type Ia supernovaer, eller gravitationslinser."

"En stor fordel ved at bruge vores GalWeight-galaksebaneteknik var, at vores team var i stand til at bestemme en masse for hver klynge individuelt i stedet for at stole på mere indirekte, statistiske metoder, " sagde den tredje medforfatter Anatoly Klypin, ekspert i numeriske simuleringer og kosmologi.

Ved at kombinere deres måling med dem fra de andre hold, der brugte forskellige teknikker, det UCR-ledede team var i stand til at bestemme den bedste kombinerede værdi, konkludere, at stof udgør 31,5±1,3% af den samlede mængde stof og energi i universet.

Forskningspapiret har titlen "Cosmological Constraints on Ωm and σ8 from Cluster Abundances using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog."