科学家们确定宇宙由31%的物质组成，并使用创新技术来测量和验证这一点，为未来的星系调查铺平了道路。
一个研究小组依靠测量星系成员的数量来确定星系团的质量。
宇宙学中最紧迫的问题之一是，“宇宙中存在多少物质?”一个能一个科学家小组现在第二次成功地测量了物质的总量。在《天体物理学杂志》上发表的报告中，研究小组确定，物质占宇宙中物质和能量总量的31%，其余的占31%不存在暗能量。
“宇宙学家认为，只有大约20%的总物质是由规则或‘重子’物质组成的，其中包括恒星、星系、原子和生命，”第一作者穆罕默德·阿卜杜拉博士解释说，他是日本千叶大学埃及国家天文学和地球物理学研究所的研究员。大约80%是由暗物质构成的，暗物质的神秘性质尚不清楚，但可能由一些尚未发现的亚原子粒子组成。(参见图1)。
测定方法
“该团队使用了一种经过验证的技术来确定宇宙中的物质总量，这是将观测到的每单位体积的星系团的数量和质量与数值模拟的预测进行比较，”合著者吉莉安威尔逊说，阿卜杜拉的前研究生导师和物理学教授兼加州大学默塞德分校研究，创新和经济发展副校长。“目前观测到的星团数量，即所谓的‘星团丰度’，对宇宙学条件非常敏感，特别是对物质总量非常敏感。”
图1所示。像金发姑娘一样，研究小组将测量到的星系团数量与数值模拟的预测进行了比较，以确定哪个答案“刚刚好”。来源:Mohamed Abdullah(埃及国家天文与地球物理研究所/日本千叶大学)
弗吉尼亚大学的Anatoly Klypin说:“宇宙中总物质的比例越高，就会形成更多的星团。”“但是很难准确测量任何星系团的质量，因为大多数物质都是黑暗的，我们无法用望远镜直接看到它。”
为了克服这个困难，研究小组不得不使用一种间接的星团质量示踪剂。他们基于这样一个事实，即质量较大的星系团比质量较小的星系团包含更多的星系(质量丰富度关系:MRR)。因为星系是由发光的恒星组成的，所以每个星团中的星系数量可以作为间接确定其总质量的一种方法。通过测量来自斯隆数字巡天的样本中每个星系团中的星系数量，研究小组能够估计每个星系团的总质量。然后，他们能够将观测到的每单位体积星系团的数量和质量与数值模拟的预测进行比较。
观测和模拟之间的最佳匹配是宇宙由总物质的31%组成，这一值与使用普朗克卫星的宇宙微波背景(CMB)观测得到的值非常吻合。值得注意的是，CMB是一种完全独立的技术。
验证和技术
千叶大学的石山知明(Tomoaki Ishiyama)说:“我们已经成功地使用MRR首次测量了物质密度，这与普朗克团队使用CMB方法获得的结果非常吻合。”“这项工作进一步证明，星系团丰度是一种有竞争力的技术，可以约束宇宙学参数，并补充非星系团技术，如CMB各向异性、重子声学振荡、Ia型超新星或引力透镜。”
该团队认为他们的成就是第一次成功地利用光谱学，这种技术将辐射分离成单个波段或颜色的光谱，精确地确定每个星系团和真正的成员星系的距离，这些星系被引力束缚在星系团上，而不是背景或前景沿视线闯入者。先前尝试使用MRR技术的研究依赖于更粗糙和不太精确的成像技术，例如使用在某些波长拍摄的天空照片来确定每个星团和附近星系的距离，这些星系是真正的成员。
有限公司包括和未来的应用
这篇论文发表在9月13日的《天体物理学杂志》上，不仅证明了MRR技术是确定宇宙参数的强大工具，而且解释了如何将其应用于从大、宽、深视场成像和光谱星系调查中获得的新数据集，如用斯巴鲁望远镜、暗能量调查、暗能量光谱仪器、欧几里得望远镜、eROSITA望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜进行的星系调查。
参考文献:Mohamed H. Abdullah, Gillian Wilson, Anatoly Klypin和Tomoaki Ishiyama合著的“利用星系团质量丰富度关系约束宇宙学参数”，2023年9月13日，《天体物理学杂志》。1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / ace773
本项目由日本千叶大学IAAR研究支持计划、日本文部省/JSPS KAKENHI(资助号JP19KK0344、JP21H01122和JP21F51024)、日本文部省“促进超级计算机Fugaku研究计划”(JPMXP1020200109)、日本科学研究基金会、美国国家科学基金会和美国国家航空航天局资助。
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希望本篇文章《测量宇宙：天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量》能对你有所帮助！
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