Вещество — то, что мы видим и чувствуем: звезды, галактики, атомы и живые существа. Но это только малая часть всего вещества. Большая часть — темная материя, которая не излучает свет и не взаимодействует с обычной материей. Мы не знаем, из чего она состоит, но предполагаем, что это могут быть новые элементарные частицы.
Темная энергия — еще более загадочная сущность, которая вызывает ускоренное расширение Вселенной. Мы не знаем, что это такое и откуда она берется, но мы можем измерить ее влияние на космическую геометрию и эволюцию.
Чтобы вычислить, сколько всего вещества во Вселенной, ученые использовали проверенный метод: сравнивали количество и массу скоплений галактик с тем, что получается в компьютерных моделях. Скопления галактик — самые большие структуры во Вселенной, которые состоят из сотен или тысяч галактик, связанных гравитацией. Чем больше вещества во Вселенной, тем больше скоплений галактик мы должны видеть.
Но есть одна проблема: массу скопления галактик нельзя измерить напрямую, потому что большая часть ее — темная материя.
Более высокий процент всей материи во Вселенной приведет к образованию большего количества скоплений. Но трудно точно измерить массу любого скопления галактик, так как большая часть материи темная, и мы не можем увидеть ее непосредственно с помощью телескопов
— Анатолий Клыпин из Университета Вирджинии.
Поэтому физики придумали хитрость: они считали количество галактик в каждом скоплении. Чем больше галактик, тем больше масса скопления. А чем больше масса скопления, тем больше вещества во Вселенной.
Ученые анализировали данные об около 1000 скоплениях галактик из Слоановского цифрового обзора неба и сравнивали их с моделями. Оказалось, что лучше всего соответствие достигается при 31% вещества и 69% темной энергии. Это подтверждает другие независимые методы измерения, например, изучение реликтового излучения — света, который остался от Большого взрыва.
Астрофизики рассказали, как они учитывают систематические неопределенности в своих расчетах и как они сравнивают свои результаты с цифровыми моделями. Они используют отношение массы и богатства скоплений галактик, которое показывает, сколько галактик содержится в скоплении определенной массы. Они также учитывают различные факторы, которые могут влиять на наблюдения, такие как космологические параметры, эволюция скоплений, калибровка масштабов и выбор образца.
Таким образом, ученые смогли ограничить космологические параметры, такие как плотность вещества, плотность темной энергии и постоянная Хаббла, которые определяют свойства и судьбу Вселенной. Их оценка в 31% согласуется с данными реликтового излучения со спутника Планк, который дает независимый способ измерения.
Так что теперь мы знаем, что большая часть Вселенной — темная энергия, а темная материя — не миф, а реальность. Но что это такое и как оно работает — уже другой вопрос.
