Er werd vastgesteld dat materie 31% uitmaakt van de totale hoeveelheid materie en energie in het universum

Een van de meest interessante en belangrijke vragen in de kosmologie is: “Hoeveel materie is er in het universum?” Een internationaal team, waaronder wetenschappers van de Universiteit van Chiba, is er nu voor de tweede keer in geslaagd de totale hoeveelheid van de stof te meten. Rapporteer binnen Astrofysisch tijdschriftHet team ontdekte dat materie 31% uitmaakt van de totale hoeveelheid materie en energie in het universum, en de rest bestaat uit donkere energie.

“Kosmologen geloven dat slechts ongeveer 20% van de totale materie bestaat uit gewone of ‘baryonische’ materie, waaronder sterren, sterrenstelsels, atomen en leven”, legt eerste auteur Dr. Mohamed Abdallah uit, een onderzoeker bij het National Research Institute for Astronomy and Geophysics. -Egypte, Chiba Universiteit, Japan. “Ongeveer 80% ervan bestaat uit donkere materie, waarvan de mysterieuze aard nog niet bekend is, maar die mogelijk bestaat uit enkele subatomaire deeltjes die nog niet ontdekt zijn.”

“Het team gebruikte een beproefde techniek om de totale hoeveelheid materie in het universum te bepalen, namelijk door het waargenomen aantal en de massa van clusters van sterrenstelsels per volume-eenheid te vergelijken met voorspellingen uit numerieke simulaties”, zegt co-auteur Gillian Wilson van Abdullah University. . Voormalig afgestudeerd adviseur en hoogleraar natuurkunde en vice-kanselier voor onderzoek, innovatie en economische ontwikkeling aan de Universiteit van Californië, Merced.

“Het aantal clusters dat momenteel wordt waargenomen, de zogenaamde ‘clusterabundantie’, is zeer gevoelig voor kosmische omstandigheden en in het bijzonder voor de totale hoeveelheid materie.”

‘Een groter deel van de totale materie in het universum zal leiden tot de vorming van meer clusters’, zegt Anatoly Klepin van de Universiteit van Virginia. “Maar het is moeilijk om de massa van een cluster van sterrenstelsels nauwkeurig te meten, omdat de meeste materie donker is en we deze niet rechtstreeks met telescopen kunnen zien.”

Om deze moeilijkheid te overwinnen moest het team een ​​indirecte clustermassatracer gebruiken. Ze vertrouwden op het feit dat massievere clusters meer sterrenstelsels bevatten dan minder massieve clusters (massarijkdomsrelatie: MRR). Omdat sterrenstelsels uit lichtgevende sterren bestaan, kan het aantal sterrenstelsels in elke groep worden gebruikt als een manier om indirect hun totale massa te bepalen.

Door het aantal sterrenstelsels in elke cluster in hun steekproef uit de Sloan Digital Sky Survey te meten, kon het team de totale massa van elke cluster schatten. Vervolgens konden ze het waargenomen aantal en de massa van clusters van sterrenstelsels per volume-eenheid vergelijken met voorspellingen uit numerieke simulaties.

De beste overeenkomst tussen de waarnemingen en de simulaties was een universum dat voor 31% uit totale materie bestond, een waarde die uitstekend overeenkwam met de waarde die werd verkregen met behulp van kosmische microgolfachtergrondwaarnemingen (CMB) van de Planck-satelliet. Het is vermeldenswaard dat CMB een volledig onafhankelijke technologie is.

“We zijn erin geslaagd de eerste meting van de materiedichtheid uit te voeren met behulp van MRR, wat uitstekend overeenkomt met wat het Planck-team heeft verkregen met behulp van de CMB-methode”, zegt Tomoaki Ishiyama van de Universiteit van Chiba. “Dit werk laat ook zien dat clusterovervloed een competitieve techniek is voor het beperken van kosmologische parameters en complementair is aan niet-clustertechnieken zoals CMB-anisotropie, baryonische akoestische oscillaties, Type Ia-supernovae of zwaartekrachtlenzen.”

Het team dankt zijn prestatie aan het feit dat het de eerste was die met succes gebruik maakte van spectroscopie, een techniek die straling opdeelt in een reeks individuele banden of kleuren, om nauwkeurig de afstand te bepalen tot elke cluster en tot de werkelijke leden van sterrenstelsels die door zwaartekracht aan de cluster zijn gebonden in plaats van tot de sterrenstelsels. . Opdringerige achtergrond of voorgrond langs de gezichtslijn.

Eerdere studies waarin werd geprobeerd MRR te gebruiken, waren gebaseerd op primitievere en minder nauwkeurige beeldvormingstechnieken, zoals het gebruik van beelden van de hemel genomen op bepaalde golflengten, om de afstand tot elke cluster te bepalen en welke nabijgelegen sterrenstelsels daadwerkelijk lid waren.

Papier gepubliceerd in Astrofysisch tijdschriftlaat niet alleen zien dat de MRR-techniek een krachtig hulpmiddel is voor het bepalen van kosmologische parameters, maar legt ook uit hoe deze kan worden toegepast op nieuwe datasets die beschikbaar zijn via grote, brede en diepe beeldvorming en spectroscopische onderzoeken van sterrenstelsels zoals die uitgevoerd met de Subaru-telescoop , de Dark Energy Survey en het spectroscopische instrument, Dark Energy, Euclid Telescope, Aeroceta Telescope en James Webb Space Telescope.