宇宙学最有趣重要的问题之一是“宇宙有多少物质?”日本千叶大学科学家等国际团队第二次成功测量物质总量。《天文物理期刊》新报告,研究小组确定物质占宇宙物质和能量总和 31%,其余由暗能量组成。
比较测量星系团数量与数值模拟预测,确定哪个答案“恰到好处”。(Source:The Astrophysical Journal)
第一作者Mohamed Abdullah博士解释,宇宙学家认为,只约20%总物质是由普通或重子(baryonic)组成,包括恒星、星系、原子和生命。约80%是暗物质构成,暗物质性质神秘尚不清楚成分,但可能由尚未发现的亚原子粒子(subatomic particles)组成。
研究小组使用经充分验证的技术确定宇宙物质总量,即把观测到的单位体积星系团数和质量与数值模拟预测结果比较。美国维吉尼亚大学的Anatoly Klypin说:“宇宙物质总量比例越高,就会形成越多星系团。但我们很难准确测量任何星系团质量,因大部分物质都是暗物质,无法直接用望远镜看到。”
为了克服困难,研究小组不得不使用间接星系团质量测量法。据质量较大比质量较小星系团含更多星系,即所谓质量丰富度关系(Mass Richness Relation,MRR)。因星系是由发光恒星组成,所以每个星系团星系数量可当成间接确定总质量的方法。
测量史隆数位巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)样本每个星系团星系数,研究小组估计每个星系团总质量,然后比较观测到的每单位体积星系团数和质量与数值模拟预测。观测和模拟的最佳匹配是物质占宇宙整体31%,与普朗克卫星的宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background,CMB)观测值非常吻合。CMB是另一种天文研究技术。
研究小组认为此成果是首次成功利用光谱学(将辐射分离成各波段或颜色的光谱技术)精确测定每个星系团距离,以及与星系团有引力约束的真正成员星系,而不是视线背景或前景干扰星系,足以证明MRR技术是确定宇宙参数的强大工具。
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