陳根：如何測量宇宙的物質總量？

文/陳根

長期以來，探究宇宙的物質總量都是科學努力的方向。

科學家們認為物質和能量的占比為三七開（約 32% ： 68%），此外常規（重子）物質僅占宇宙物質總量的 5% 左右，「暗物質」則占絕大多數。

現在，由加州大學河濱分校（UCR）帶領的一支科學家團隊，在一項新計算中對各項權重進行了微調。新研究指出，物質約占宇宙總量的 31.5%，暗能量則占餘下的 68.5% 。作為一種神秘的力量，後者似乎在推進宇宙的加速膨脹。

研究人員表示，如果把所有物質均勻地分布在整個空間中，那麼它的平均質量密度就相當於每立方米只有大約六個氫原子。但是，由於我們知道宇宙中大約80％的物質是暗物質，實際上，大多數物質不是由氫原子組成，而是由宇宙學家尚未理解的一種物質組成。

具體來說，研究人員開發了一種稱為GalWeight的新工具，允許研究人員通過測量單個星系的軌道來計算星系團的質量。

隨後，利用斯隆數字天冷氣機查的756個星團數據，研究小組可以將結果與星系團形成的模擬結果進行比較。這些模擬從不同數量的物質開始，因此通過觀察哪些模擬條件與觀測結果最接近，研究人員就可以確定宇宙中最可能包含的物質量。

值得一提的是，這是第一次使用星系軌道技術，也是成功地利用星系團技術進行了有史以來最精確的測量之一。而其數值與使用非團簇技術（如宇宙微波背景各向異性、重子聲波振蕩、Ia型超新星或引力透鏡）獲得的數值一致。

盡管這些資訊對大多數人的日常生活來說並不算太重要，但對於了解宇宙來說，宇宙學的首要目標就是精確測量宇宙中物質的總量，即使是最精通數學的人，這也是一項艱巨的工作。這也將幫助我們最終揭開暗物質和暗能量的奧秘。

其研究結果已發表在《天體物理雜誌》上。