Galaxienhaufen Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652). (NASA, ESA, M.J. Jee und H. Ford/Johns Hopkins University) Der Sachen aus denen unser Universum besteht, ist, gelinde gesagt, schwierig zu messen. Wir wissen, dass der größte Teil der Materie-Energie-Dichte des Universums aus besteht dunkle Energie , die mysteriöse unbekannte Kraft, die die Expansion des Universums vorantreibt. Und wir wissen, dass der Rest Materie ist, sowohl normale als auch dunkle.
Die Proportionen dieser drei genau zu bestimmen, ist eine Herausforderung, aber Forscher sagen jetzt, dass sie eine der genauesten Messungen durchgeführt haben, die es je gab, um die Proportionen der Materie zu bestimmen.
Nach ihren Berechnungen sind normale Materie und Dunkle Materie Zusammen machen sie 31,5 Prozent der Materie-Energie-Dichte des Universums aus. Die restlichen 68,5 Prozent sind dunkle Energie.
„Um diese Menge an Materie in einen Zusammenhang zu bringen: Wenn die gesamte Materie im Universum gleichmäßig über den Weltraum verteilt wäre, würde dies einer durchschnittlichen Massendichte von nur etwa sechs Wasserstoffatomen pro Kubikmeter entsprechen.“ sagte der Astronom Mohamed Abdullah der University of California, Riverside und des National Research Institute of Astronomy and Geophysics in Ägypten.
„Da wir jedoch wissen, dass 80 Prozent der Materie tatsächlich dunkle Materie sind, besteht der Großteil dieser Materie in Wirklichkeit nicht aus Wasserstoffatomen, sondern aus einer Art Materie, die Kosmologen noch nicht verstehen.“
Das Verständnis der Dunklen Energie ist tatsächlich entscheidend für unser Verständnis des Universums. Wir wissen nicht genau, was es ist – das „Dunkel“ im Namen bezieht sich auf dieses Mysterium –, aber es scheint die Kraft zu sein, die die Expansion des Universums antreibt, deren Geschwindigkeit hat Es hat sich als unglaublich schwierig erwiesen, über einen bestimmten Punkt hinaus einzugrenzen .
Sobald wir die Expansionsrate besser verstehen, wird dies unser Verständnis für die Entwicklung des Universums als Ganzes verbessern. Daher ist die Eingrenzung der Eigenschaften der Dunklen Energie ein ziemlich wichtiges Unterfangen für die Kosmologie im Allgemeinen, und es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, dies zu tun.
Abdullah und sein Team verwendeten eine Methode, die auf der Art und Weise basierte, wie sich Dinge in Galaxienhaufen bewegen – Gruppen von bis zu Tausenden von Galaxien, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind.
Im Allgemeinen sind Galaxienhaufen ein gutes Werkzeug zur Messung der Materie im Universum. Das liegt daran, dass sie aus Materie bestehen, die im Laufe der Lebensdauer des Universums, etwa 13,8 Milliarden Jahre, unter der Schwerkraft zusammengekommen ist.
Die Anzahl der Cluster, die wir in einem Raumvolumen beobachten können, hängt stark von der Menge der Materie ab, sodass ihre Zählung eine vernünftige Messung liefern kann. Aber auch das ist keine einfache Aufgabe.
„Ein höherer Anteil an Materie würde zu mehr Clustern führen“, sagte Abdullah .
„Die ‚Goldlöckchen‘-Herausforderung für unser Team bestand darin, die Anzahl der Cluster zu messen und dann zu bestimmen, welche Antwort ‚genau richtig‘ war.“ „Aber es ist schwierig, die Masse eines Galaxienhaufens genau zu messen, da der Großteil der Materie dunkel ist und wir sie mit Teleskopen nicht sehen können.“
Mit einer Technik namens GalWeight fand das Team einen Weg, dieses Problem zu umgehen. Es nutzt die Umlaufbahnen von Galaxien in und um einen Cluster, um mit einer Genauigkeit von über 98 Prozent zu bestimmen, welche Galaxien tatsächlich zu einem bestimmten Cluster gehören und welche nicht. Dies, so sagten sie, ermögliche eine genauere Zählung dieses Clusters, was wiederum zu einer genaueren Massenberechnung führe.
„Ein großer Vorteil der Verwendung unserer GalWeight-Galaxienumlaufbahntechnik bestand darin, dass unser Team die Masse für jeden Cluster einzeln bestimmen konnte, anstatt sich auf indirektere, statistische Methoden zu verlassen.“ erklärte der Astronom Anatoly Klypin der New Mexico State University.
Das Team wandte seine Technik auf die von ihm gesammelten Beobachtungen an Sloan Digital Sky Survey und erstellte einen Katalog von Galaxienhaufen. Diese Cluster wurden dann mit numerischen Simulationen von Galaxien verglichen, um die Gesamtmenge an Materie im Universum zu berechnen.
Das Ergebnis des Teams – 31,5 Prozent Materie und 68,5 Prozent dunkle Energie – liegt vor enge Übereinstimmung mit anderen Messungen der Materie-Energie-Dichte des Universums.
„Es ist uns gelungen, eine der präzisesten Messungen durchzuführen, die jemals mit der Galaxienhaufen-Technik durchgeführt wurden“, sagte die Astronomin Gillian Wilson der UC Riverside.
„Darüber hinaus ist dies der erste Einsatz der Galaxienumlaufbahn-Technik, deren Wert mit denen von Teams übereinstimmt, die Nicht-Cluster-Techniken wie z kosmischer Mikrowellenhintergrund Anisotropien, akustische Baryonenschwingungen, Supernovae vom Typ Ia oder Gravitationslinsen.
Dieses Ergebnis, so das Team, zeige, dass sich GalWeight als sehr nützliches Werkzeug für die weitere Erforschung und Eingrenzung der kosmologischen Eigenschaften des Universums erweisen könnte.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .