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根據(jù)《天體物理》雜志刊登的最新研究成果，美國(guó)加州大學(xué)河濱分校（University of California, Riverside，簡(jiǎn)稱UCR）的研究團(tuán)隊(duì)精確測(cè)定了宇宙中的物質(zhì)總量，確定物質(zhì)占宇宙物質(zhì)和能量總量的31%，其余部分則由暗能量組成。

宇宙學(xué)一直以為的最高目標(biāo)就是精準(zhǔn)測(cè)量宇宙中的物質(zhì)總量。圖｜UC Riverside University

“以這個(gè)數(shù)量的物質(zhì)為背景，如果宇宙中所有的物質(zhì)在空間中均勻地分布，那么宇宙的平均質(zhì)量密度僅相當(dāng)于每立方米6個(gè)氫原子。”論文第一作者、UCR物理與天文學(xué)系的研究生穆罕默德·阿卜杜拉（Mohamed Abdullah）說(shuō)，“然而，由于我們知道80%的物質(zhì)實(shí)際上是暗物質(zhì)，事實(shí)上，這些物質(zhì)中的大多數(shù)不是由氫原子組成的，而是一種宇宙學(xué)家也還不了解的物質(zhì)。”

這張哈勃太空望遠(yuǎn)鏡合成圖像顯示:在星系團(tuán)Cl 0024+17中，有一個(gè)幽靈般的暗物質(zhì)“環(huán)”。圖｜NASA

阿卜杜拉解釋說(shuō)，一種行之有效的測(cè)定宇宙物質(zhì)總量的方法，是將觀測(cè)到的每單位體積星系團(tuán)的數(shù)量和質(zhì)量，與模擬計(jì)算值進(jìn)行比較——現(xiàn)在的星系團(tuán)是幾十億年來(lái)，受自身重力作用而崩塌的物質(zhì)構(gòu)成的，所以目前觀測(cè)到的星系團(tuán)數(shù)量可以反映宇宙的狀況，尤其是物質(zhì)總量。

Abell 2384系統(tǒng)的合成圖，該系統(tǒng)由位于距離地球12億光年的兩個(gè)星系團(tuán)組成。圖｜SciTech Daily

阿卜杜拉說(shuō)：“物質(zhì)越多，星系團(tuán)也越多。我們團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)是測(cè)量星系團(tuán)的數(shù)量，然后確定哪個(gè)答案‘剛剛好’。但是很難精確測(cè)量任何星系團(tuán)的質(zhì)量，因?yàn)榇蟛糠质前滴镔|(zhì)，我們無(wú)法用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。”

為了克服這一困難，UCR領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)首先開發(fā)了“GalWeight”——一種利用星系團(tuán)成員的軌道，測(cè)量星系團(tuán)質(zhì)量的宇宙學(xué)工具。研究人員隨后將他們的工具應(yīng)用于斯隆數(shù)字天空調(diào)查（Sloan Digital Sky Survey，簡(jiǎn)稱SDSS）的觀測(cè)，創(chuàng)建了“GalWCat19”，一個(gè)公開的星系團(tuán)目錄。最后，他們將新目錄中的星團(tuán)數(shù)量與模擬結(jié)果進(jìn)行比較，以確定宇宙中物質(zhì)的總量。

“我們已經(jīng)成功地利用星系團(tuán)技術(shù)進(jìn)行了有史以來(lái)最精確的測(cè)量之一。”合著者、加州大學(xué)物理和天文學(xué)教授吉利安·威爾遜（Gillian Wilson）說(shuō)，她也是阿卜杜拉所在實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。“此外，這是首次使用星系軌道技術(shù)，得到的數(shù)值與使用非星系團(tuán)技術(shù)，如宇宙微波背景、重子聲波振蕩、Ia型超新星或引力透鏡的團(tuán)隊(duì)獲得的數(shù)值一致。”

第三作者、數(shù)值模擬和宇宙學(xué)專家阿納托里·克里平（Anatoly Klypin）說(shuō)：“使用GalWeight星系軌道技術(shù)的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是，我們的團(tuán)隊(duì)能夠單獨(dú)測(cè)定每個(gè)星系團(tuán)的質(zhì)量，而不是依賴更間接的統(tǒng)計(jì)方法。”

通過(guò)將他們的測(cè)量結(jié)果與其他使用不同技術(shù)的團(tuán)隊(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)相結(jié)合，UCR領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)測(cè)定了最優(yōu)組合值，得出結(jié)論：物質(zhì)占宇宙物質(zhì)和能量總量的31.5%，誤差±1.3%。

研究小組確定，物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)和能量總量的31%。其中約有20%是由規(guī)則物質(zhì)或“重子”構(gòu)成的，它們組成了恒星、星系、原子和生命。圖｜UCR/Mohamed Abdullah

排版｜Kai

編輯｜羽華

責(zé)編｜小文

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