Исследование подтверждает, что Вселенная на 69% состоит из темной энергии, на 31% из материи — в основном темной

Сколько «вещей» существует во Вселенной? Можно предположить, что это будет довольно легко понять. Но это не так. Астрономы суммируют все, что могут найти, и все равно обнаруживают, что в космосе есть нечто большее, чем они видят. Итак, что же есть там такое и как они все это объясняют?

По мнению астронома Мохаммеда Абдуллы (Национальный исследовательский институт астрономии и геофизики Египта и Университет Тиба (Япония)), Вселенная имеет темную и видимую компоненты.

Материя составляет лишь 31 процент известной Вселенной. Остальное — темная энергия, которая остается неизвестной. «Космологи полагают, что только около 20% всей этой материи состоит из обычной, или «барионной» материи, в которую входят звезды, галактики, атомы и жизнь», — сказал он. «Около 80% [всей материи] состоит из темной материи, загадочная природа которой еще не известна, но она может состоять из какой-то еще не открытой субатомной частицы».

Определение состава Вселенной с помощью скоплений галактик

Лучшие измерения «вещества космоса» производились со спутника «Планк», который нанес на карту всю Вселенную. Он изучал космическое микроволновое фоновое излучение, оставшееся от Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиардов лет назад.

Данные Планка позволили астрономам прийти к «золотому стандарту» измерений общего количества материи во Вселенной. Однако всегда полезно свериться с Планком, используя другие методы.

Мохаммед Абдулла и группа ученых так и сделали. Они использовали другой метод, названный соотношением массы и насыщенности скоплений (отношение массы кластера к насыщенности — MRR, cluster mass-richness relation). По сути, он измеряет количество галактик в скоплении, чтобы определить массу скопления. По словам астронома и члена команды Джиллиан Уилсон, это дает возможность измерить космическую материю.

«Поскольку современные скопления галактик образовались из материи, которая коллапсировала в течение миллиардов лет под действием собственной гравитации, количество наблюдаемых в настоящее время скоплений, так называемое «обилие скоплений», очень чувствительно к космологическим условиям и, в частности, к общему количеству материи», — сказала она, отметив, что метод сравнивает наблюдаемое количество и массу галактик на единицу объема с предсказаниями численного моделирования.

Это непростой метод, поскольку трудно точно измерить массу любого скопления галактик. Большую часть массы скопления составляет темная материя.

Другими словами, то, что вы видите в скоплении, не обязательно все, что вы получаете. Так что ученым пришлось проявить смекалку. Они использовали тот факт, что более массивные скопления содержат больше галактик, чем менее массивные. Поскольку во всех галактиках есть яркие звезды, для оценки общей массы используется количество галактик, содержащихся в каждом скоплении.

По сути, астрономы измерили количество галактик в каждом скоплении своей выборки, а затем использовали эту информацию для оценки общей массы каждого скопления.

Соответствие Планку

Результат всех измерений и моделирования почти точно совпал с данными Планка для массы во Вселенной. Они получили Вселенную, состоящую на 31% из материи и на 69% из темной энергии.

Это также, похоже, согласуется с другой работой, проделанной командой по измерению масс галактик. Чтобы получить свои результаты, ученые смогли использовать спектроскопические исследования скоплений, чтобы определить их расстояния. Наблюдения также позволили им определить, какие галактики являются членами конкретных скоплений.

Моделирование также имело решающее значение для этой работы. Наблюдения Слоановского цифрового обзора неба позволили команде собрать каталог скоплений галактик под названием «GalWeight». Затем они сравнили скопления в каталоге со своими моделями. Результатом стал расчет общего количества материи во Вселенной на основе соотношения массы и насыщенности.

Этот метод достаточно надежен для использования по мере поступления новых астрономических данных от различных инструментов. По словам Джиллиан Уилсон, работа команды показывает, что методика MRR может применяться и за рамками их работы.

«Техника MRR может быть применена к новым наборам данных, которые становятся доступными в результате больших изображений в широком и глубоком поле, а также спектроскопических исследований галактик, таких как Обзор темной энергии, Спектроскопический инструмент темной энергии, Телескоп Евклид, Телескоп eROSITA и космический телескоп Джеймс Уэбб», — сказала она.

Результаты также показывают, что численность скоплений является конкурентоспособным методом ограничения космологических параметров. Она также дополняет методы, которые не ориентированы на скопления. К ним относятся анизотропия реликтового излучения, барионные акустические колебания, сверхновые типа Ia или гравитационное линзирование. Каждый из них является полезным инструментом для измерения различных характеристик Вселенной.