Международная группа ученых, в том числе из Университета Тиба в Японии, определила общее количество материи во Вселенной. Их исследование опубликовано в научном журнале The Astrophysical Journal.
Ученые использовали хорошо известный метод - сравнили наблюдаемое количество и массу скоплений галактик в единице объема с предсказаниями из численного моделирования. Этот метод очень чувствителен к космологическим условиям и позволяет определить общее количество материи.
Космологи считают, что только около 20% всей материи - это обычная или барионная материя, к которой относятся звезды, галактики, атомы и жизнь. Около 80% - темная материя, природа которой пока неизвестна.
Больший процент общей материи во Вселенной приводит к формированию большего количества скоплений галактик. Но сложно точно измерить массу любого скопления, так как бóльшая часть материи в них темная и недоступна для прямого наблюдения.
Чтобы преодолеть эту трудность, ученые использовали косвенный маркер массы скоплений - количество галактик в скоплении. Здесь используется соотношение "масса-богатство" (MRR) для скоплений - эмпирическая зависимость между массой скопления и его "богатством", то есть количеством галактик в нем. Чем больше галактик в скоплении - тем, как правило, больше его масса. Таким образом, по количеству галактик можно косвенно оценить массу скопления. Это важно, поскольку прямое измерение массы скопления очень сложно из-за преобладания темной материи.
Исследователи посчитали число галактик в каждом скоплении из выборки в обзоре SDSS и таким образом оценили общую массу скоплений. Затем они сравнили наблюдаемые число и массу скоплений в единице объема с предсказаниями из моделирования.
Лучшее соответствие между наблюдениями и моделями получилось при доле материи, равной 31% от общего количества материи и энергии во Вселенной. Это значение отлично согласуется с данными космической обсерватории Планк, полученными совершенно независимым методом по изучению реликтового излучения - излучения, которое сохранилось во Вселенной с момента Большого Взрыва.
Таким образом, впервые удалось провести измерение плотности материи с помощью соотношения "масса-богатство" для скоплений галактик, результат совпал с данными Планка. Это демонстрирует, что метод обилия скоплений - мощный инструмент для определения космологических параметров.
Ключевым моментом работы стало использование спектроскопии - разложения излучения на спектр отдельных длин волн, которая позволяет очень точно определить расстояние до каждого скопления. В отличие от более ранних исследований, где применялась менее точная фотометрия - измерение яркости объектов в разных цветовых фильтрах.
Работа показывает, что метод с использованием соотношения "масса-богатство" можно эффективно применить к новым данным из крупных обзоров на телескопах Субару, Dark Energy Survey, Euclid и других. Это поможет еще точнее определить космологические параметры нашей Вселенной.
📝 doi: 10.3847/1538-4357/ace773
🎓 Интересное в науке
#космология #астрономия #темнаяматерия #галактики #вселенная #массабогатство #SDSS