宇宙中共有多少物質？美科學家得出新答案，每立方米僅6個氫原子

2020-10-15 科普大世界

我們所能看到的一切事物全部都是由物質組成的，還有很多不能直接看到的事物也是由物質組成的，那麼我們的宇宙中一共有多少物質？它佔宇宙總質量的多少？每個人都很好奇這個問題，近日美國加州大學河濱分校的一個研究團隊表示解決了這個問題。

該團隊近日在《天體物理學》上發表的文章認為：物質佔宇宙物質和能量總量的31%，剩餘的69%由暗能量組成。而目前可估算出可觀測宇宙中可見物質的總質量為10的53~54次方千克左右，用多種方法探測和計算得到的宇宙總質量大都是約等於這個數量值，由於可見物質總質量只佔宇宙質能總量的5%左右，因此一般認為宇宙的總質量相當於10的55~56次方千克左右。

文章的第一作者、加州大學河濱分校物理和天文學系的學者穆罕默德·阿卜杜拉說：「物質佔宇宙物質和能量總量的31%，其中約20%的物質由可見的「重子」物質組成，其中包括恆星、星系、原子和生命，剩下的80%由暗物質組成。而如果將所有物質均勻地分布在整個宇宙空間（以可觀測宇宙範圍計算），那麼它的平均質量密度將相當於每立方米只有6個氫原子。」

那麼該團隊是怎樣確定宇宙物質總量的呢？阿卜杜拉解釋稱是將觀察到的每單位體積星系團的數量和質量與數值模擬的預測結果比較，星系團都是過去130多億年中在自身引力作用下坍塌的物質組成的，測量星系團的數量，就能大致了解到該區域中物質的質量。

但是星系團的數量又是不容易確定的，為此該團隊發明了「GalWeight（詞意重錘）」，這是一個利用成員星系的軌道來測量該星系團質量的宇宙學工具，研究者們將這個工具應用於「斯隆數字巡天」探測中心的宇宙掃描觀測數據上，以創建公開可用的星系團目錄，並將星系團數量與模擬結果進行比較，便可確定宇宙中的物質總量。

該團隊的主導者、加州大學河濱分校的物理學和天文學教授吉利安·威爾遜說：「我們已經成功地使用星系團技術完成了有史以來最精確的一次測量，這也是星系軌道技術的首次使用。該技術獲得的數值與使用非星系團技術（如宇宙微波背景輻射的各向異性、重子聲學振蕩、Ia型超新星爆發或引力透鏡等）獲得的數值基本上是一致的。」而且這種技術可以單獨確定每一個星系團的質量，無需依賴間接的統計方式，這也使得計算可以進一步精確，該團隊由此得出結論認為：物質佔宇宙質能總量的31.5±1.3%，這也是目前關於宇宙物質比例的最精確的數字。


參考資料：
新浪科技官方10月14日文章《科學家精確測量宇宙中的物質總量》

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