Как мало: астрономы вычислили точное количество материи во Вселенной

В огромной Вселенной удивительно мало вещества.

В огромной Вселенной удивительно мало вещества.
Иллюстрация Pixabay.

Доля тёмной энергии, небарионной тёмной материи и обычного вещества в полной энергии Вселенной. Перевод Вести.Ru.

Доля тёмной энергии, небарионной тёмной материи и обычного вещества в полной энергии Вселенной. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация UCR/Mohamed Abdullah.

Моделирование показывает, каким было бы распределение скоплений галактик по космосу при различном вкладе материи (вместе обычной и тёмной) в общую энергию Вселенной. Перевод Вести.Ru.

Моделирование показывает, каким было бы распределение скоплений галактик по космосу при различном вкладе материи (вместе обычной и тёмной) в общую энергию Вселенной. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация UCR/Mohamed Abdullah.

В огромной Вселенной удивительно мало вещества.
Доля тёмной энергии, небарионной тёмной материи и обычного вещества в полной энергии Вселенной. Перевод Вести.Ru.
Моделирование показывает, каким было бы распределение скоплений галактик по космосу при различном вкладе материи (вместе обычной и тёмной) в общую энергию Вселенной. Перевод Вести.Ru.

Специалисты подсчитали, сколько в космосе обычного вещества, тёмной материи и тёмной энергии. Это важнейший параметр Вселенной, влияющий на её дальнейшую судьбу.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.

Звёзды, галактики, планеты, межзвёздный и межгалактический газ – это далеко не всё, что есть во Вселенной.

Гораздо больше в космосе так называемой тёмной материи, которая не наблюдается ни в какие телескопы и проявляет себя только своей гравитацией. Безусловно, некоторая её часть приходится на слишком тусклые объекты: чёрные дыры, коричневые карлики и так далее. Это так называемая барионная тёмная материя. Напомним, что барионы – это семейство частиц, в которое входят протоны и нейтроны, то есть частицы, составляющие атомное ядро.

Но, по мнению большинства специалистов, подавляющая часть тёмной материи – небарионная. Она состоит из ещё не открытых физиками-экспериментаторами частиц (и у теоретиков есть целый набор кандидатов на эту роль).

А кроме того, есть и тёмная энергия, которая придаёт расширению Вселенной ускорение. Большинство экспертов считает, что это некое поле или свойство вакуума, хотя есть и более экзотические гипотезы.

Сколько именно в мире этих трёх его компонентов: обычного вещества, небарионной тёмной материи и тёмной энергии? Это важнейший вопрос, ответ на который определяет прошлое и будущее Вселенной. И, разумеется, учёные не раз предпринимали такие расчёты. При этом массу обычно пересчитывают в энергию по знаменитой формуле E = mc2. Это позволяет сравнить между собой вклад вещества и тёмной энергии в полную энергию Вселенной.

Доля тёмной энергии, небарионной тёмной материи и обычного вещества в полной энергии Вселенной по данным нового исследования. Перевод Вести.Ru.

Теперь команда исследователей из США и Египта применила для определения этого вклада новый и, как утверждают авторы, более точный метод.

Исследователи видоизменили хорошо зарекомендовавшую себя методику. Она опирается на подсчёт числа скоплений галактик и определение их масс.

Дело в том, что первоначально вещество было рассеяно по Вселенной гораздо более равномерно, чем сейчас. Оно долго собиралось в сгустки под воздействием собственной гравитации. Эти сгущения в конце концов и стали скоплениями галактик. И на этот процесс сильно влияло количество материи. Чем больше материи, тем чаще должны встречаться скопления галактик и тем больше должна быть их масса. Таким путём учёные рассчитали общий вклад барионной и небарионной материи в полное количество энергии во Вселенной.

Новшество заключалось в том, что авторы использовали собственный метод, позволяющий определить, относится ли та или иная галактика к скоплению. Это помогло им рассчитать массу каждого конкретного кластера, а не использовать косвенные данные об их средней массе.

Кроме того, учёные пользовались своим собственным каталогом GalWCat19. Он содержит данные о 1870 скоплениях, включающих в общей сложности более 38500 звёздных систем.

Моделирование показывает, каким было бы распределение скоплений галактик по космосу при различном вкладе материи (без деления на барионную и небарионную) в общую энергию Вселенной. Перевод Вести.Ru.

Выяснив суммарную долю материи, эксперты разделили её на вклад барионного и небарионного вещества, пользуясь результатами предшественников.

Оказалось, что 69% всей энергии во Вселенной приходится на тёмную энергию, и только 31% – на обычную и тёмную материю вместе взятые. Из материи же около 80% составляет небарионная тёмная материя, и только 20% – обычное вещество. Таким образом, обычное вещество обеспечивает всего около 6% всей энергии во Вселенной.

Авторы приводят такой пример. Если бы вся материя, обычная и тёмная, состояла из водорода, то её средняя плотность составила бы всего шесть атомов на кубический метр. Чтобы получить плотность обычного вещества, нужно взять 20% от этого числа. Получается чуть больше одного атома водорода на кубический метр. Вот какое скромное место занимает в космосе привычная материя.

Авторы подчёркивают, что их результаты хорошо согласуются с цифрами, полученными другими методами. А значит, наши знания о структуре Вселенной достаточно надёжны.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, сколько в космосе звёздного света. Писали мы и о том, как астрономы обнаружили пропавшую материю.