Jednym z ważniejszych celów w astronomii jest dokładne zmierzenie całkowitej ilości materii we Wszechświecie. To bardzo trudne zadanie nawet dla najbardziej zaawansowanych matematyków. Zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside podjął się takich obliczeń.
Badania opublikowano w czasopiśmie „Astrophysical Journal”. Zespół naukowców stwierdził, że znana nam materia stanowi 31 proc. całkowitej ilości materii i energii we Wszechświecie. Pozostałe 69 proc. stanowi ciemna materia i energia.
- Gdyby cała materia we Wszechświecie była rozłożona równomiernie w przestrzeni, to średnio na metr sześcienny przypadałoby tylko około sześciu atomów wodoru – mówi główny autor badań Mohamed Abdullah z University of California, Riverside.
Naukowiec podkreśla jednak, że większość materii to tak naprawdę ciemna materia. - W rzeczywistości nie możemy zatem mówić o atomach wodoru, lecz o materii, której istoty kosmolodzy jeszcze nie rozumieją – mówi.
Ciemna materia nie emituje i nie odbija promieniowania świetlnego, dlatego bardzo trudną ją wykryć. Ale jej istnienie zdradzają wywierane przez nią efekty grawitacyjne. W ten sposób naukowcy tłumaczą anomalie w rotacji galaktyk i ruchu galaktyk w gromadach. Uczeni wciąż starają się dociec, jaka jest dokładna natura ciemnej materii i co ją tworzy, ale mimo lat poszukiwań badania na ten temat właściwie stoją w miejscu.
Uważa się, że ciemna materia we Wszechświecie nie ma charakteru barionowego. Prawdopodobnie składa się z jeszcze nieodkrytych cząstek subatomowych. Ponieważ jednak nie oddziałuje ze światłem w taki sam sposób jak normalna materia, można ją zaobserwować jedynie poprzez efekty grawitacyjne, których nie można wytłumaczyć, chyba że jest więcej materii, niż można zobaczyć. Z tego powodu większość ekspertów uważa, że ciemna materia jest wszechobecna we Wszechświecie, wywierając silny wpływ na jego strukturę i ewolucję.
Abdullah wyjaśnia, że jedną z dobrych technik określania całkowitej ilości materii we Wszechświecie jest zestawianie liczby zaobserwowanych galaktyk z wybranymi jednostkami objętości i modelowanie matematyczne. Ponieważ współczesne galaktyki powstały z materii, która zmieniała się na przestrzeni miliardów lat dzięki grawitacji, możliwe są przewidywania dotyczące jej ilości w kosmosie.
- Większa ilość materii spowodowałaby powstanie większej ilości skupisk – mówi Abdullah. - Wyzwaniem dla naszego zespołu było zmierzenie liczby gromad galaktyk, aby dokonać dalszych obliczeń. Trudno jednak dokładnie zmierzyć masę jakiejkolwiek gromady, ponieważ większość materii to ciemna materia, więc nie możemy jej zobaczyć przez teleskopy – dodaje.
Zespół astronomów opracował najpierw narzędzie do pomiaru masy galaktyk. Następnie naukowcy zastosowali je do danych zebranych wcześniej przez Sloan Digital Sky Survey (SDSS), czyli publicznie dostępnego katalogu znanych ludzkości gromad. Na koniec dokonali obliczeń i symulacji, w celu określenia całkowitej ilości materii we Wszechświecie.
- Udało nam się wykonać jeden z najbardziej precyzyjnych pomiarów w historii tego typu badań – przekonuje współautorka publikacji prof. Gillian Wilson. - Co więcej, zastosowana przez nas metoda dała wynik zbliżony do innych technik – dodaje.
- Ogromną zaletą wykorzystania naszej techniki było to, że mogliśmy określić masę każdej gromady indywidualnie, a nie polegać na bardziej pośrednich metodach statystycznych – mówi Anatoly Klypin, ekspert w symulacjach matematycznych i współautor badań.
Dzięki połączeniu pomiarów wielu zespołów, które stosowały różne techniki, naukowcy określili, że znana nam materia stanowi ok. 31,5 proc. (plus minus 1,3 proc.) całkowitej ilości materii i energii we Wszechświecie. Kosmolodzy uważają, że z tej materii tylko 20 proc. jest materią regularną, czyli barionową, na którą składają się galaktyki, gwiazdy czy atomy. Reszta, czyli 80 proc. stanowi ciemna materia.
