Il team ha determinato che la materia costituisce circa il 31% della quantità totale di materia ed energia nell'universo. I cosmologi ritengono che circa il 20% della materia totale sia costituita da materia regolare - o "barionica" - che include stelle, galassie, atomi, e la vita, mentre circa l'80% è costituito da materia oscura, la cui natura misteriosa non è ancora nota, ma potrebbe consistere in qualche particella subatomica non ancora scoperta. Credito:Mohamed Abdullah, UC Riverside.
Uno degli obiettivi principali della cosmologia è misurare con precisione la quantità totale di materia nell'universo, un esercizio scoraggiante anche per i più abili in matematica. Un team guidato da scienziati dell'Università della California, lungo il fiume, ora ha fatto proprio questo.
Segnalazione in Giornale Astrofisico , il team ha determinato che la materia costituisce il 31% della quantità totale di materia ed energia nell'universo, con il resto costituito da energia oscura.
"Per contestualizzare quella quantità di materia, se tutta la materia dell'universo fosse distribuita uniformemente nello spazio, corrisponderebbe a una densità di massa media pari solo a circa sei atomi di idrogeno per metro cubo, " ha detto il primo autore Mohamed Abdullah, uno studente laureato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UCR. "Però, poiché sappiamo che l'80% della materia è in realtà materia oscura, in realtà, la maggior parte di questa materia non consiste di atomi di idrogeno, ma piuttosto di un tipo di materia che i cosmologi non comprendono ancora".
Abdullah ha spiegato che una tecnica ben collaudata per determinare la quantità totale di materia nell'universo consiste nel confrontare il numero e la massa osservati degli ammassi di galassie per unità di volume con le previsioni delle simulazioni numeriche. Poiché gli ammassi di galassie attuali si sono formati da materia che è collassata per miliardi di anni sotto la sua stessa gravità, il numero di ammassi osservati attualmente è molto sensibile alle condizioni cosmologiche e, in particolare, la quantità totale di materia.
come riccioli d'oro, il team ha confrontato il numero di ammassi di galassie misurati con le previsioni delle simulazioni numeriche per determinare quale risposta fosse "giusta". Credito:Mohamed Abdullah, UC Riverside.
"Una percentuale più alta di materia comporterebbe più cluster, " ha detto Abdullah. "La sfida 'Riccioli d'oro' per il nostro team è stata quella di misurare il numero di cluster e quindi determinare quale risposta fosse 'giusta'. Ma è difficile misurare con precisione la massa di qualsiasi ammasso di galassie perché la maggior parte della materia è oscura, quindi non possiamo vederla con i telescopi".
Per superare questa difficoltà, il team di astronomi guidato dall'UCR ha sviluppato per la prima volta "GalWeight", uno strumento cosmologico per misurare la massa di un ammasso di galassie utilizzando le orbite delle sue galassie membri. I ricercatori hanno quindi applicato il loro strumento alle osservazioni della Sloan Digital Sky Survey (SDSS) per creare "GalWCat19, " un catalogo pubblicamente disponibile di ammassi di galassie. Infine, hanno confrontato il numero di ammassi nel loro nuovo catalogo con simulazioni per determinare la quantità totale di materia nell'universo.
"Siamo riusciti a fare una delle misurazioni più precise mai effettuate utilizzando la tecnica degli ammassi di galassie, ", ha affermato la coautrice Gillian Wilson, un professore di fisica e astronomia all'UCR nel cui laboratorio lavora Abdullah. "Inoltre, questo è il primo utilizzo della tecnica dell'orbita galattica che ha ottenuto un valore in accordo con quelli ottenuti da team che hanno utilizzato tecniche non cluster come le anisotropie cosmiche di fondo a microonde, oscillazioni acustiche del barione, supernove di tipo Ia, o lenti gravitazionali."
"Un enorme vantaggio nell'usare la nostra tecnica di orbita galattica GalWeight è stato che il nostro team è stato in grado di determinare una massa per ogni ammasso individualmente piuttosto che fare affidamento su metodi più indiretti, metodi statistici, " ha detto il terzo coautore Anatoly Klypin, esperto in simulazioni numeriche e cosmologia.
Combinando le loro misurazioni con quelle delle altre squadre che hanno utilizzato tecniche diverse, il team guidato dall'UCR è stato in grado di determinare il miglior valore combinato, concludendo che la materia costituisce il 31,5±1,3% della quantità totale di materia ed energia nell'universo.
Il documento di ricerca è intitolato "Cosmological Constraints on Ωm and σ8 from Cluster Abundances using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog".
