توسط اقبال پیتالوالا ، دانشگاه کالیفرنیا – 28 سپتامبر 2020
یک هدف اصلی در کیهان شناسی اندازه گیری دقیق مقدار کل ماده موجود در جهان است ، یک تمرین دلهره آور حتی برای ماهرترین ریاضی دانان جهان . اما اکنون تیمی به سرپرستی دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا ، ریورساید ، این کار را انجام داده اند.
با گزارشی در مجله اخترفیزیک ، این تیم تشخیص داد که ماده مقداری معادل 31٪ از کل ماده و انرژی جهان را تشکیل می دهد ، و باقی مانده آن را انرژی تاریک تشکیل می دهد.
محمد عبدالله ، دانشجوی کارشناسی ارشد در بخش فیزیک و نجوم نویسنده اول گفته: “برای قرار دادن این مقدار ماده در متن ، اگر تمام مواد موجود در جهان به طور مساوی در فضا پخش شود ، با چگالی جرمی متوسط برابر فقط با شش اتم هیدروژن در هر متر مکعب مطابقت دارد. با این حال ، از آنجا که می دانیم 80٪ ماده در حقیقت ماده تاریک است ، در حقیقت ، بیشتر این مواد نه از اتم هیدروژن بلکه از نوعی ماده تشکیل شده است که کیهان شناسان هنوز آن را درک نمی کنند.”
عبدالله توضیح داد که یک روش کاملاً اثبات شده برای تعیین مقدار کل ماده در جهان مقایسه تعداد و جرم مشاهده شده خوشه های کهکشانی در واحد حجم با پیش بینی های شبیه سازی های عددی است. از آنجا که خوشه های کهکشانی امروزی از ماده ای به وجود آمده اند که طی میلیاردها سال تحت نیروی ثقل خود فرو ریخته است ، تعداد خوشه های مشاهده شده در زمان کنونی نسبت به شرایط کیهان شناسی و به ویژه مقدار کل ماده بسیار حساس است.
این تیم مانند Goldilocks تعداد خوشه های کهکشانی را که اندازه گیری کرده اند با پیش بینی های شبیه سازی عددی مقایسه کرد تا مشخص شود کدام پاسخ “درست است”.
عبدالله گفت: “درصد بالاتری از مواد منجر به ایجاد خوشه های بیشتری می شودچالش Goldilocks برای تیم ما این بود که تعداد خوشه ها را بسنجیم و سپس تعیین کنیم که کدام پاسخ” درست است “. اما اندازه گیری دقیق جرم هر خوشه کهکشان دشوار است زیرا بیشتر ماده تاریک است بنابراین نمی توانیم آن را با تلسکوپ ببینیم. “
برای غلبه بر این دشواری ، تیم ستاره شناسان تحت هدایت UCR ابتدا “GalWeight” را ابداع کردند ، ابزاری کیهان شناسی برای اندازه گیری جرم خوشه کهکشانی با استفاده از مدار کهکشان های عضو آن. محققان سپس ابزار خود را برای مشاهدات Sloan Digital Sky Survey (SDSS) به کار بستند تا “GalWCat19” ، کاتالوگ خوشه های کهکشان را که به صورت عمومی در دسترس است ، ایجاد کنند. سرانجام ، آنها تعداد خوشه های موجود در کاتالوگ جدید خود را با شبیه سازی برای تعیین مقدار کل ماده در جهان مقایسه کردند.
جیلیان ویلسون ، استاد فیزیک و نجوم در UCR که عبدالله در آزمایشگاه آن کار می کند ، گفت: “ما موفق شده ایم یکی از دقیق ترین اندازه گیری های انجام شده با استفاده از روش خوشه کهکشانی را انجام دهیم.”
همیار نویسنده سوم آناتولی کلیپین ، متخصص شبیه سازی های عددی و کیهان شناسی گفت: “یک مزیت بزرگ در استفاده از تکنیک مدار کهکشانی GalWeight این بود که تیم ما قادر به تعیین جرم برای هر خوشه به طور جداگانه بود و نه متکی به روش های آماری غیر مستقیم.”
تیم تحت هدایت UCR با ترکیب اندازه گیری خود با سایر تیمهایی که از تکنیکهای مختلف استفاده کردند ، توانست بهترین مقدار ترکیبی را تعیین کند و نتیجه گرفت که ماده 1.3.5 ± 31.5٪ از کل ماده و انرژی جهان را تشکیل می دهد.
