北京時(shí)間 10 月 14 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，宇宙學(xué)的一個(gè)終極目標(biāo)就是精確測(cè)量宇宙中的物質(zhì)總量，哪怕是最精通數(shù)學(xué)的人也會(huì)覺得這個(gè)任務(wù)無比艱巨。但加州大學(xué)河濱分校的一組科學(xué)家已經(jīng)做到了。

根據(jù)他們?cè)凇短祗w物理學(xué)雜志》上發(fā)表的文章，該團(tuán)隊(duì)確定，物質(zhì)占宇宙物質(zhì)和能量總量的 31%，剩余的由暗能量組成。

論文的第一作者、加州大學(xué)河濱分校物理和天文學(xué)系畢業(yè)生穆罕默德 · 阿卜杜拉說：“如果讓所有物質(zhì)均勻地分布在整個(gè)宇宙空間，那么它的平均質(zhì)量密度將相當(dāng)于每立方米只有六個(gè)氫原子這樣。但是，由于我們知道 80% 的物質(zhì)其實(shí)是暗物質(zhì)，事實(shí)上，大多數(shù)物質(zhì)并非由氫原子組成，而是由一種宇宙學(xué)家尚未弄明白的物質(zhì)組成。”

研究團(tuán)隊(duì)確定，物質(zhì)占宇宙物質(zhì)和能量總量的 31%。宇宙學(xué)家認(rèn)為，約 20% 的物質(zhì)由規(guī)則的或 “重子”物質(zhì)組成，其中包括恒星、星系、原子和生命，而剩下的 80% 由暗物質(zhì)組成。暗物質(zhì)的神秘性質(zhì)至今無人知曉，但可能包含某些尚未發(fā)現(xiàn)的亞原子粒子。

阿卜杜拉解釋說，確定宇宙中物質(zhì)總量的一個(gè)成熟方法是，將觀察到的每單位體積星系團(tuán)的數(shù)量和質(zhì)量，與數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。由于當(dāng)今的星系團(tuán)是由在其自身引力作用下，在過去數(shù)十億年坍塌的物質(zhì)而組成，因此，當(dāng)前觀測(cè)到的星系團(tuán)數(shù)量對(duì)宇宙學(xué)情況——尤其是物質(zhì)總量——十分敏感。

“更高比例的物質(zhì)將帶來更多的星系團(tuán)，”阿卜杜拉說，“我們團(tuán)隊(duì)面臨的挑戰(zhàn)則是測(cè)量星系團(tuán)的數(shù)量，然后確定哪個(gè)答案‘更正確一些’。但是我們又很難精確測(cè)量任何一個(gè)星系團(tuán)的質(zhì)量，因?yàn)榇蠖鄶?shù)物質(zhì)都是黑暗的，我們無法用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。”

為了克服這個(gè)困難，以加州大學(xué)河濱分校團(tuán)隊(duì)為首的天文學(xué)家率先發(fā)明了 “GalWeight”——利用成員星系的軌道來測(cè)量該星系團(tuán)質(zhì)量的宇宙學(xué)工具。然后，研究人員將他們的工具應(yīng)用于斯隆數(shù)字巡天探測(cè)中心的觀測(cè)數(shù)據(jù)，以創(chuàng)建 “GalWCat19”，即公開可用的星系團(tuán)目錄。最后，他們將新目錄中的星系團(tuán)數(shù)量與模擬結(jié)果進(jìn)行比較，從而確定宇宙中的物質(zhì)總量。

團(tuán)隊(duì)將他們測(cè)量的星系團(tuán)數(shù)量與數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，以確定哪個(gè)答案 “更正確一些”。

“我們已經(jīng)成功地使用星系團(tuán)技術(shù)完成了有史以來最精確的一次測(cè)量，”論文合作者、加州大學(xué)河濱分校的物理學(xué)和天文學(xué)教授吉利安 · 威爾遜說，“此外，這也是星系軌道技術(shù)的首次使用。該技術(shù)獲得的數(shù)值與使用非星系團(tuán)技術(shù)(如宇宙微波背景各向異性、重子聲學(xué)振蕩、Ia 型超新星或引力透鏡)獲得的數(shù)值相一致。”

“使用 GalWeight 星系軌道技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)在于，我們團(tuán)隊(duì)可以單獨(dú)確定每一個(gè)星系團(tuán)的質(zhì)量，而無需依賴間接的統(tǒng)計(jì)方式，”論文的第三作者安托里 · 克里平說。

通過將他們的測(cè)量結(jié)果與使用其他測(cè)量方式的團(tuán)隊(duì)得到的結(jié)果相比較，加州大學(xué)河濱分校的團(tuán)隊(duì)可以確定最佳的組合值，得出結(jié)論，認(rèn)為物質(zhì)占宇宙物質(zhì)和能量總量的 31.5±1.3%。

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