Een topdoel in de kosmologie is het nauwkeurig meten van de totale hoeveelheid materie in het heelal, een ontmoedigende oefening voor zelfs de meest wiskundig bedreven. Een team onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Californië, rivieroever, heeft nu precies dat gedaan.

Melden in de Astrofysisch tijdschrift , het team heeft vastgesteld dat materie 31% uitmaakt van de totale hoeveelheid materie en energie in het universum, met de rest bestaande uit donkere energie.

"Om die hoeveelheid materie in context te plaatsen, als alle materie in het heelal gelijkmatig over de ruimte zou zijn verdeeld, het zou overeenkomen met een gemiddelde massadichtheid gelijk aan slechts ongeveer zes waterstofatomen per kubieke meter, " zei eerste auteur Mohamed Abdullah, een afgestudeerde student in de UCR-afdeling Natuur- en Sterrenkunde. "Echter, omdat we weten dat 80% van de materie eigenlijk donkere materie is, in werkelijkheid, het grootste deel van deze materie bestaat niet uit waterstofatomen, maar uit een soort materie die kosmologen nog niet begrijpen."

Abdullah legde uit dat een beproefde techniek voor het bepalen van de totale hoeveelheid materie in het universum is om het waargenomen aantal en de massa van clusters van sterrenstelsels per volume-eenheid te vergelijken met voorspellingen van numerieke simulaties. Omdat de huidige clusters van sterrenstelsels zijn gevormd uit materie die in de loop van miljarden jaren onder zijn eigen zwaartekracht is ingestort, het aantal clusters dat momenteel wordt waargenomen, is erg gevoelig voor kosmologische omstandigheden en, vooral, de totale hoeveelheid materie.

"Een hoger percentage materie zou resulteren in meer clusters, Abdullah zei. "De uitdaging van 'Goldilocks' voor ons team was om het aantal clusters te meten en vervolgens te bepalen welk antwoord 'precies goed' was. Maar het is moeilijk om de massa van een cluster van sterrenstelsels nauwkeurig te meten, omdat de meeste materie donker is, dus we kunnen het niet zien met telescopen."

Om deze moeilijkheid te overwinnen, het door UCR geleide team van astronomen ontwikkelde eerst "GalWeight", een kosmologisch hulpmiddel om de massa van een cluster van sterrenstelsels te meten met behulp van de banen van de bijbehorende sterrenstelsels. De onderzoekers pasten hun tool vervolgens toe op waarnemingen van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) om "GalWCat19, " een openbaar beschikbare catalogus van clusters van sterrenstelsels. Tot slot, ze vergeleken het aantal clusters in hun nieuwe catalogus met simulaties om de totale hoeveelheid materie in het universum te bepalen.

"We zijn erin geslaagd een van de meest nauwkeurige metingen te doen die ooit zijn gedaan met behulp van de melkwegclustertechniek, " zei co-auteur Gillian Wilson, een professor in natuurkunde en astronomie aan de UCR in wiens lab Abdullah werkt. "Bovendien, dit is het eerste gebruik van de baanbaantechniek die een waarde heeft verkregen die overeenkomt met die verkregen door teams die niet-clustertechnieken gebruikten zoals kosmische microgolfachtergrondanisotropieën, baryon akoestische trillingen, Type Ia supernovae, of zwaartekrachtlens."

"Een enorm voordeel van het gebruik van onze GalWeight-baanbaantechniek was dat ons team in staat was om voor elke cluster afzonderlijk een massa te bepalen in plaats van te vertrouwen op meer indirecte, statistische methoden, " zei de derde co-auteur Anatoly Klypin, een expert in numerieke simulaties en kosmologie.

Door hun metingen te combineren met die van de andere teams die verschillende technieken gebruikten, het door UCR geleide team was in staat om de beste gecombineerde waarde te bepalen, concluderen dat materie 31,5 ± 1,3% uitmaakt van de totale hoeveelheid materie en energie in het universum.

Het onderzoekspaper is getiteld "Cosmological Constraints on Ωm and σ8 from Cluster Abundances using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog."