Ei ole mikään salaisuus, että maailmankaikkeus on erittäin laaja paikka. Ja ottaen huomioon kyseisen tilan pelkän tilavuuden, voidaan olettaa, että siinä oleva aineen määrä on yhtä vaikuttava.
Mutta mielenkiintoisella tavalla, kun tarkastellaan tätä asiaa pienimmällä asteikolla, luvut muuttuvat mielenkiintoisimmaksi. Esimerkiksi uskotaan, että havaittavissa olevassa universumissamme on välillä 120-300 sukupolvea (eli 1,2 x 10²³ - 3,0 x 10²³) tähteä. Mutta tarkemmin katsottuna, atomitasolla, numerot ovat vielä käsittämättömiä.
Tällä tasolla arvioidaan, että niitä on välillä 1078 10: een82 atomit tunnetussa, havaittavissa olevassa universumissa. Maallikon kannalta se toimii kymmenen kvadriljonan vigintillionin ja sadan tuhannen kvadrillionin vigintillion atomin välillä.
Ja vielä, nämä luvut eivät kuvaa tarkasti sitä, kuinka paljon ainetta maailmankaikkeus voi todella tallettaa. Kuten jo todettiin, tämä arvio kattaa vain havaittavissa olevan maailmankaikkeuden, joka saavuttaa 46 miljardia valovuotta mihin tahansa suuntaan, ja perustuu siihen, mihin avaruuden laajeneminen on ottanut kauimpana havaitut kohteet.
Vaikka saksalainen supertietokone suoritti äskettäin simulaation ja arvioi, että havaintoalueella on noin 500 miljardia galaksia, konservatiivisemman arvion mukaan luku on noin 300 miljardia. Koska tähdet galaksissa voivat olla jopa 400 miljardia, tähtien kokonaismäärä voi hyvinkin olla noin 1,2 × 1023 - tai hieman yli 100 sukupolvea.
Keskimäärin jokainen tähti voi painaa noin 1035 grammaa. Siten kokonaismassa olisi noin 1058 grammaa (eli 1,0 x 1052 tonnia). Koska jokaisella aineen grammalla tiedetään olevan noin 1024 protoneja tai suunnilleen sama määrä vetyatomeja (koska yhdellä vetyatomilla on vain yksi protoni), niin vetyatomien kokonaismäärä olisi suunnilleen 1086 - aka. satatuhatta kvadriljoonaa vigintillionia.
Tämän havaittavissa olevan maailmankaikkeuden sisällä tämä aine on jakautunut homogeenisesti koko avaruuteen, ainakin kun se on keskiarvoistettu yli 300 miljoonan valovuoden pituisiin etäisyyksiin. Pienemmissä mittakaavoissa aineen havaitaan kuitenkin muodostuvan hierarkkisesti järjestetyn valoisan aineen ryhmiin, joista me kaikki olemme tuttuja.
Lyhyesti sanottuna, suurin osa atomeista on tiivistynyt tähtiin, suurin osa tähtiä on tiivistynyt galakseiksi, suurin osa galakseista ryhmiksi, suurin osa klustereista superklustereiksi ja lopulta suurimman mittakaavan rakenteisiin, kuten galaksien suuri muuri (tunnetaan myös nimellä Sloanin iso muuri). . Pienemmässä mittakaavassa nämä klumput läpäisevät pölyhiukkasten pilviä, kaasupilviä, asteroideja ja muita pieniä tähtiainekokoja.
Universumin havaittavissa oleva aine leviää myös isotrooppisesti; mikä tarkoittaa, että mikään havaitsemissuunta ei näytä eroavalta toiselta ja jokaisella taivaan alueella on suunnilleen sama sisältö. Universumi kylpee myös voimakkaasti isotrooppisen mikroaaltosäteilyn aallossa, joka vastaa karkeasti 2,725 kelvinin (juuri Absoluuttisen nollan yläpuolella) lämpötasapainoa.
Hypoteesi, että suuren mittakaavan universumi on homogeeninen ja isotrooppinen, tunnetaan kosmologisena periaatteena. Tämä toteaa, että fyysiset lait toimivat yhdenmukaisesti koko maailmankaikkeudessa, minkä vuoksi niiden ei pitäisi aiheuttaa havaittavissa olevia epäsäännöllisyyksiä suurten mittojen rakenteessa. Tätä teoriaa tukevat tähtitieteelliset havainnot, jotka ovat auttaneet kartoittamaan maailmankaikkeuden rakenteen kehitystä siitä lähtien, kun se oli alun perin määritelty ison räjähdyksen kautta.
Tutkijoiden keskuudessa nykyinen yksimielisyys on, että suurin osa aineesta luotiin tässä tapahtumassa ja että maailmankaikkeuden laajeneminen ei sen jälkeen ole lisännyt uutta ainetta yhtälöön. Pikemminkin uskotaan, että se, mitä on tapahtunut viimeisen 13,7 miljardin vuoden ajan, on yksinkertaisesti ollut alun perin luotujen massojen laajennusta tai hajaantumista. Eli ainetta, jota ei ollut siellä alussa, ei ole lisätty tämän laajennuksen aikana.
Einsteinin massan ja energian vastaavuus on kuitenkin pieni komplikaatio tähän teoriaan. Tämä on erityisestä suhteellisuudesta johtuva seuraus, jossa energian lisääminen esineeseen lisää sen massaa asteittain. Kaikkien fuusioiden ja halkeamien välillä atomit muuttuvat säännöllisesti hiukkasista energioiksi ja takaisin.
Siitä huolimatta, että sitä havaitaan laajassa mittakaavassa, maailmankaikkeuden aineen tiheys pysyy samana ajan myötä. Tarkasteltavan maailmankaikkeuden nykyisen tiheyden arvioidaan olevan erittäin pieni - noin 9,9 × 10-30 grammaa kuutiometriä kohti. Tämä massaenergia näyttää koostuvan 68,3% tummasta energiasta, 26,8% tummasta aineesta ja vain 4,9% tavallisesta (valoisasta) aineesta. Siten atomien tiheys on yksittäisen vetyatomin luokkaa kohti neljää tilavuuskuutiometriä kohti.
Pimeän energian ja tumman aineen ominaisuudet ovat suurelta osin tuntemattomia, ja ne voisivat jakautua tasaisesti ryhmiin kuten normaali aine. Uskotaan kuitenkin, että tumma aine gravitatoituu kuin tavallinen aine, ja toimii siten hidastaa maailmankaikkeuden laajentumista. Sitä vastoin tumma energia nopeuttaa sen laajentumista.
Jälleen kerran, tämä luku on vain karkea arvio. Kun sitä käytetään arvioimaan maailmankaikkeuden kokonaismassaa, se jää usein pienemmäksi kuin mitä muut arviot ennustavat. Ja lopulta se, mitä näemme, on vain pienempi osa kokonaisuutta.
Meillä on paljon artikkeleita, jotka liittyvät universumin aineen määrään täällä Space Magazine -lehdessä, kuten Kuinka monta galaksia maailmankaikkeudessa ja kuinka monta tähteä on Linnunradalla?
NASA: lla on myös seuraavat maailmankaikkeutta koskevat artikkelit, kuten Kuinka monta galaksia on? ja tämä artikkeli Tähteistä galaksissamme.
Meillä on myös podcast-jaksoja tähtitieteen näyttelijöistä, jotka koskevat galakseja ja muuttuvia tähtiä.
