Один из самых интересных и важных вопросов в космологии звучит так: «Сколько материи существует во Вселенной?» Международной команде, включающей ученых из Университета Тиба, теперь удалось измерить общее количество вещества во второй раз. В отчете, опубликованном в Astrophysical Journal, команда определила, что материя составляет 31% от общего количества вещества и энергии во Вселенной, а остальная часть состоит из темной энергии.
Один из самых интересных и важных вопросов в космологии звучит так: «Сколько материи существует во Вселенной?» Международной команде, включающей ученых из Университета Тиба, теперь удалось измерить общее количество вещества во второй раз. В отчете, опубликованном в Astrophysical Journal, команда определила, что материя составляет 31% от общего количества вещества и энергии во Вселенной, а остальная часть состоит из темной энергии.
«Космологи полагают, что только около 20% всего вещества состоит из обычной или «барионной» материи, которая включает звезды, галактики, атомы и жизнь», — объясняет первый автор доктор Мохаммед Абдулла, научный сотрудник Национального исследовательского института астрономии и геофизики Египта, Университет Тиба, Япония. «Около 80% состоит из темной материи, таинственная природа которой пока неизвестна, но может состоять из некоторых еще не открытых субатомных частиц».
«Команда использовала хорошо зарекомендовавший себя метод определения общего количества вещества во Вселенной, который заключается в сравнении наблюдаемого количества и массы скоплений галактик на единицу объема с прогнозами численного моделирования», — говорит соавтор Джиллиан Уилсон, бывший аспирант Абдуллы, профессор физики и вице-президент. Ректор по исследованиям, инновациям и экономическому развитию Калифорнийского университета Мерсед.
«Количество скоплений, наблюдаемых в настоящее время, так называемое «количество скоплений», очень чувствительно к космологическим условиям и, в частности, к общему количеству вещества».
«Более высокий процент от общего количества материи во Вселенной привел бы к образованию большего количества скоплений», — говорит Анатолий Клыпин из Университета Вирджинии. «Но трудно точно измерить массу любого скопления галактик, поскольку большая часть вещества темная, и мы не можем увидеть ее непосредственно в телескопы».
Чтобы преодолеть эту трудность, команда была вынуждена использовать косвенный индикатор массы скопления. Они полагались на тот факт, что более массивные скопления содержат больше галактик, чем менее массивные скопления (отношение массового богатства: MRR). Поскольку галактики состоят из светящихся звезд, количество галактик в каждом скоплении может быть использовано как способ косвенного определения его общей массы.
Измерив количество галактик в каждом скоплении в своей выборке из Sloan Digital Sky Survey, команда смогла оценить общую массу каждого из скоплений. Затем они смогли сравнить наблюдаемое количество и массу скоплений галактик на единицу объема с прогнозами, полученными в результате численного моделирования.
Наилучшее соответствие между наблюдениями и моделированием было получено для Вселенной, состоящей на 31% из всего вещества, значение, которое отлично согласовалось с данными, полученными с помощью наблюдений космического микроволнового фона (CMB) со спутника Planck. Примечательно, что CMB — это полностью независимая методика.
«Нам удалось провести первое измерение плотности вещества с помощью MRR, которое отлично согласуется с результатами, полученными командой Planck с использованием метода CMB», — говорит Томоаки Исияма из Университета Тиба. «Эта работа дополнительно демонстрирует, что скопление является конкурентоспособным методом ограничения космологических параметров и дополняет некластерные методы, такие как анизотропия CMB, барионные акустические колебания, сверхновые типа Ia или гравитационное линзирование».
Команда оценивает свое достижение как первое успешное использование спектроскопии, метода, который разделяет излучение на спектр отдельных полос или цветов, для точного определения расстояния до каждого скопления и истинных галактик-членов, которые гравитационно привязаны к скоплению, а не посторонних объектов на заднем или переднем плане вдоль линии видимости.
Предыдущие исследования, в которых пытались использовать метод MRR, основывались на гораздо более грубых и менее точных методах визуализации, таких как использование снимков неба, сделанных на некоторых длинах волн, для определения расстояния до каждого скопления и близлежащих галактик, которые были истинными членами.
Статья, опубликованная в Astrophysical Journal, не только демонстрирует, что метод MRR является мощным инструментом для определения космологических параметров, но и объясняет, как он может быть применен к новым наборам данных, которые доступны в результате крупномасштабных и глубокопольных изображений, а также спектроскопических исследований галактик, таких как те, которые выполняются с помощью телескопа Subaru, Исследование темной энергии, спектроскопический прибор темной энергии, телескоп Евклида, телескоп эРОСИТА и космический телескоп Джеймса Уэбба.
More information: Mohamed H. Abdullah et al, Constraining Cosmological Parameters Using the Cluster Mass–Richness Relation, The Astrophysical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/ace773
Journal information: Astrophysical Journal