Определение общего количества материи во Вселенной является сложной задачей из-за большой доли темной материи, которую невозможно наблюдать напрямую. До сих пор мы располагали несколькими оценками. Недавнее исследование позволило уточнить их.
Огромная Вселенная состоит из трех элементов: обычной материи, темной материи и темной энергии. Обычная материя, также известная как барионная, состоит из таких частиц, как протоны, нейтроны и электроны. К ней относится все то, что мы можем наблюдать или обнаружить непосредственно, например, звезды, планеты, галактики, межзвездный газ. Темная материя, с другой стороны, имеет особенность не испускать и не поглощать свет или другие виды электромагнитного излучения. Поэтому ее невозможно обнаружить напрямую. Однако мы знаем, что она оказывает гравитационное воздействие на обычную материю. Поэтому ее можно обнаружить, но косвенно.
Наконец, считается, что большая часть Вселенной состоит из темной энергии — загадочной формы энергии, которая, как предполагается, ускоряет расширение Вселенной.
Однако какова доля этих элементов в общей плотности Вселенной?
Первые соответствующие измерения этих "космических элементов" были получены с помощью космического аппарата Планк, который изучал космический микроволновый фон — остаточное излучение после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 млрд. лет назад. Планк показал, что барионы составляют лишь около 4% от общей плотности энергии и материи Вселенной, а темная материя — около 26%. Остальное (около 70%), следовательно, приходится на темную энергию.
Однако всегда полезно сравнить эти данные с помощью других методов. Недавно группа специалистов под руководством астронома Мохамеда Абдуллы из Национального исследовательского института астрономии и геофизики в Египте использовала метод, известный как "соотношение массы и насыщенности скоплений".
В практическом смысле это соотношение связывает общую массу скопления галактик с насыщенностью скопления, т.е. количеством содержащихся в нем галактик. По сути, она основана на том, что под действием гравитации вещество объединяется в массивные структуры, такие как скопления галактик. Чем массивнее скопление галактик, тем сильнее гравитация и тем больше галактик оно может вместить. В космологии астрономы часто используют этот метод для оценки общей массы скоплений галактик, просто подсчитывая количество галактик, видимых в скоплении, без непосредственного измерения скоростей галактик в скоплении.
Поскольку современные скопления галактик образовались из материи, разрушавшейся в течение миллиардов лет под действием собственной гравитации, их количество (так называемое "кластерное изобилие") очень чувствительно к космологическим условиям и, в частности, к общему количеству материи.
В данной работе для определения расстояний до каждой исследуемой галактики использовались спектроскопические исследования, позволяющие установить принадлежность галактик к конкретным скоплениям. Определив общую массу каждого скопления, исследователи пришли к выводу, что Вселенная на 31% состоит из материи и на 69% - из темной энергии, что практически полностью соответствует данным Планка.
Из 31%, по мнению космологов, на долю барионной материи приходится только 20%, остальное — темная материя.