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宇宙|七成是暗能量！科学家利用新技术精确测量了宇宙物质总量

根据《天体物理》杂志刊登的最新研究成果 ， 美国加州大学河滨分校（University of California, Riverside ， 简称UCR）的研究团队精确测定了宇宙中的物质总量 ， 确定物质占宇宙物质和能量总量的31% ， 其余部分则由暗能量组成 。
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宇宙学一直以为的最高目标就是精准测量宇宙中的物质总量 。 图｜UC Riverside University
【宇宙|七成是暗能量！科学家利用新技术精确测量了宇宙物质总量】“以这个数量的物质为背景 ， 如果宇宙中所有的物质在空间中均匀地分布 ， 那么宇宙的平均质量密度仅相当于每立方米6个氢原子 。 ”论文第一作者、UCR物理与天文学系的研究生穆罕默德·阿卜杜拉（Mohamed Abdullah）说 ， “然而 ， 由于我们知道80%的物质实际上是暗物质 ， 事实上 ， 这些物质中的大多数不是由氢原子组成的 ， 而是一种宇宙学家也还不了解的物质 。 ”
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这张哈勃太空望远镜合成图像显示:在星系团Cl 0024+17中 ， 有一个幽灵般的暗物质“环” 。 图｜NASA
阿卜杜拉解释说 ， 一种行之有效的测定宇宙物质总量的方法 ， 是将观测到的每单位体积星系团的数量和质量 ， 与模拟计算值进行比较——现在的星系团是几十亿年来 ， 受自身重力作用而崩塌的物质构成的 ， 所以目前观测到的星系团数量可以反映宇宙的状况 ， 尤其是物质总量 。
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Abell 2384系统的合成图 ， 该系统由位于距离地球12亿光年的两个星系团组成 。 图｜SciTech Daily
阿卜杜拉说：“物质越多 ， 星系团也越多 。 我们团队面临的最大挑战是测量星系团的数量 ， 然后确定哪个答案‘刚刚好’ 。 但是很难精确测量任何星系团的质量 ， 因为大部分是暗物质 ， 我们无法用望远镜观测 。 ”
为了克服这一困难 ， UCR领导的天文学家团队首先开发了“GalWeight”——一种利用星系团成员的轨道 ， 测量星系团质量的宇宙学工具 。 研究人员随后将他们的工具应用于斯隆数字天空调查（Sloan Digital Sky Survey ， 简称SDSS）的观测 ， 创建了“GalWCat19” ， 一个公开的星系团目录 。 最后 ， 他们将新目录中的星团数量与模拟结果进行比较 ， 以确定宇宙中物质的总量 。
“我们已经成功地利用星系团技术进行了有史以来最精确的测量之一 。 ”合著者、加州大学物理和天文学教授吉利安·威尔逊（Gillian Wilson）说 ， 她也是阿卜杜拉所在实验室的负责人 。 “此外 ， 这是首次使用星系轨道技术 ， 得到的数值与使用非星系团技术 ， 如宇宙微波背景、重子声波振荡、Ia型超新星或引力透镜的团队获得的数值一致 。 ”
第三作者、数值模拟和宇宙学专家阿纳托里·克里平（Anatoly Klypin）说：“使用GalWeight星系轨道技术的一个巨大优势是 ， 我们的团队能够单独测定每个星系团的质量 ， 而不是依赖更间接的统计方法 。 ”
通过将他们的测量结果与其他使用不同技术的团队测量数据相结合 ， UCR领导的团队测定了最优组合值 ， 得出结论：物质占宇宙物质和能量总量的31.5% ， 误差±1.3% 。
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研究小组确定 ， 物质约占宇宙物质和能量总量的31% 。 其中约有20%是由规则物质或“重子”构成的 ， 它们组成了恒星、星系、原子和生命 。 图｜UCR/Mohamed Abdullah


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