What is the mass of the universe?

Two methods for determining the structure of matter

Research teams can calculate the density and structure of matter based on the cosmic microwave background, a radiation that was emitted shortly after the Big Bang and can still be measured today. This is the method used by the Planck Research Consortium.

The Kilo-Degree Survey team, as well as several other groups, determined the density and structure of matter using the gravitational lensing effect: as high-mass objects deflect light from galaxies, these galaxies appear in a distorted form in a different location than they actually are when viewed from Earth. Based on these distortions, cosmologists can deduce the mass of the deflecting objects and thus the total mass of the universe. In order to do so, however, they need to know the distances between the light source, the deflecting object and the observer, among other things. The researchers determine these distances with the help of redshift, which means that the light of distant galaxies arrives on Earth shifted into the red range.

New calibration using infrared data

To determine distances, cosmologists therefore take images of galaxies at different wavelengths, for example one in the blue, one in the green and one in the red range; they then determine the brightness of the galaxies in the individual images. Hendrik Hildebrandt and his team also include several images from the infrared range in order to determine the distance more precisely.

Previous analyses had already shown that the microwave background data from the Planck Consortium systematically deviate from the gravitational lensing effect data. Depending on the data set, the deviation was more or less pronounced; it was most pronounced in the Kilo-Degree Survey. "Our data set is the only one based on the gravitational lensing effect and calibrated with additional infrared data," says Hendrik Hildebrandt, Heisenberg professor and head of the RUB research group Observational Cosmology in Bochum. "This could be the reason for the greater deviation from the Planck data."

To verify this discrepancy, the group evaluated the data set of another research consortium, the Dark Energy Survey, using a similar calibration. As a result, these values also deviated even more strongly from the Planck values.

Debate in expert circles

Scientists are currently debating whether the discrepancy between the data sets is actually an indication that the Standard Model of Cosmology is wrong or not. The Kilo-Degree Survey team is already working on a new analysis of a more comprehensive data set that could provide further insights. It is expected to provide even more precise data on matter density and structure in spring 2020.

The question of 'What is the mass of the universe?' has been asked for many years. The answer, which is very complicated, has been derived, or at least attempted to be derived by few. There are many constituents of the universe which can make the total mass of the universe questionable. Some researchers have said that up to 95 percent of the total mass of the universe is made up of dark matter. Because dark matter cannot be detected directly, but is known to have more mass than visible matter, it cannot be measured and numbers based on dark matter are guesses. Since the approximate size of the universe is also not concrete, scientists have dispelled the notion of calculating the mass by measuring one section of the universe and multiplying it by the approximate value for the size.

The calculated mass of the universe ranges anywhere from 1053 kg to 1060 kg. Since different methods were used, the disparity between the numbers is so great. No one actually knows what is out in the universe. Although many scientists would love to find an exact number, they have already started calculating how much it all weighs. 

"Because no one knows an actual number, we can more likely agree that since the universe is still expanding, the mass is infinite."

मराठी :

पदार्थाची रचना निश्चित करण्यासाठी दोन पद्धती


शोध पथक कॉस्मिक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीवर आधारित घनता आणि पदार्थाची रचना मोजू शकतात, बिग बॅंग नंतर लवकरच उत्सर्जित झालेली किरणे आणि अजूनही मोजली जाऊ शकतात. प्लॅंक रिसर्च कन्सोर्टियमने ही पद्धत वापरली आहे.

किलो-डिग्री सर्व्हे टीमने तसेच इतर अनेक गटांनी गुरुत्वाकर्षणाच्या लेन्सिंग परिणामाचा वापर करून घनता आणि पदार्थाची रचना निश्चित केली: उच्च-वस्तु वस्तु आकाशगंगेपासून प्रकाश कमी करतात म्हणून, या आकाशगंगे त्यांच्यापेक्षा वेगळ्या ठिकाणी विकृत स्वरूपात दिसतात. प्रत्यक्षात जेव्हा पृथ्वीवरून पाहिले जाते. या विकृतींच्या आधारे, ब्रह्मांडशास्त्रज्ञ डिफ्लेक्टिंग ऑब्जेक्ट्सचा समूह आणि अशा प्रकारे विश्वाची एकूण वस्तुमान मोजू शकतात. असे करण्यासाठी, त्यांना प्रकाश स्त्रोत, डिफ्लेक्टिंग ऑब्जेक्ट आणि निरीक्षक यांच्यातील अन्य गोष्टींबरोबरच अंतर माहित असणे आवश्यक आहे. संशोधक रेडशिफ्टच्या मदतीने हे अंतर निर्धारित करतात, ज्याचा अर्थ असा आहे की पृथ्वीवर दूरवरच्या आकाशगंगेचा प्रकाश लाल श्रेणीत सरकला जातो.

अवरक्त डेटा वापरुन नवीन कॅलिब्रेशन

अंतर निश्चित करण्यासाठी, ब्रह्मांडशास्त्रज्ञ वेगवेगळ्या तरंगलांबींवर आकाशगंगेची प्रतिमा घेतात, उदाहरणार्थ निळ्या रंगात एक, हिरव्या रंगात आणि एक लाल रेंजमध्ये; त्यानंतर ते स्वतंत्र प्रतिमांमधील आकाशगंगेची चमक निश्चित करतात. हेन्ड्रिक हिलडेब्रॅन्ट आणि त्याच्या कार्यसंघामध्ये अंतर अधिक स्पष्टपणे निर्धारित करण्यासाठी इन्फ्रारेड श्रेणीतील अनेक प्रतिमा देखील समाविष्ट आहेत.

मागील विश्लेषणे आधीच दर्शविली होती की प्लँक कन्सोर्टियममधील मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी डेटा गुरुत्वाकर्षण लेन्सिंग प्रभाव डेटामधून पद्धतशीरपणे विचलित होते. डेटा सेटवर अवलंबून, विचलन कमी-अधिक प्रमाणात दिसून आले; किलो-डिग्री सर्व्हेमध्ये तो सर्वात जास्त उच्चारला गेला. "आमचा डेटा सेट हा एकमेव गुरुत्वाकर्षणाच्या लेंसिंग प्रभावावर आधारित आहे आणि अतिरिक्त अवरक्त डेटासह कॅलिब्रेटेड आहे," हेचॅनबर्गचे प्रोफेसर आणि बोचममधील आरयूबी रिसर्च ग्रुप ऑब्झर्वेशनल कॉस्मॉलॉजीचे प्रमुख, हेंड्रिक हिलब्राब्रट म्हणतात. "हे प्लँक डेटामधून मोठ्या प्रमाणात विचलनाचे कारण असू शकते."



या विसंगती सत्यापित करण्यासाठी, समूहाने अशाच प्रकारचे कॅलिब्रेशन वापरुन, डार्क एनर्जी सर्व्हे या दुसर्या रिसर्च कन्सोर्टियमच्या डेटा सेटचे मूल्यांकन केले. याचा परिणाम म्हणून ही मूल्ये प्लँक मूल्यांकडून आणखी जोरदारपणे विचलित झाली.

तज्ञ मंडळांमध्ये वादविवाद


डेटा सेटमधील तफावत प्रत्यक्षात कॉस्मॉलॉजीचे प्रमाणित मॉडेल चुकीचे आहे की नाही हे सूचित करणारे शास्त्रज्ञ सध्या चर्चा करीत आहेत. किलो-डिग्री सर्व्हे टीम आधीपासूनच अधिक व्यापक डेटा सेटच्या नवीन विश्लेषणावर कार्य करीत आहे जी पुढील अंतर्दृष्टी प्रदान करेल. वसंत २०२० मध्ये वस्तूंच्या घनतेवर आणि संरचनेवर आणखी अचूक डेटा उपलब्ध होण्याची अपेक्षा आहे.

'विश्वाचे वस्तुमान म्हणजे काय?' हा प्रश्न बर्‍याच वर्षांपासून विचारलं जात आहे. उत्तर, जे अत्यंत गुंतागुंतीचे आहे, ते मिळवले आहे किंवा कमीतकमी काहींनी मिळविण्याचा प्रयत्न केला आहे. विश्वाचे असे अनेक घटक आहेत जे विश्वाच्या एकूण वस्तुमानांना शंकास्पद बनवू शकतात. काही संशोधकांनी असे म्हटले आहे की विश्वाच्या एकूण वस्तुमानांपैकी 95 टक्के वस्तुमान गडद पदार्थांनी बनलेले आहे. कारण गडद पदार्थ थेट शोधले जाऊ शकत नाहीत, परंतु दृश्यमान पदार्थांपेक्षा अधिक वस्तुमान असल्याचे ज्ञात आहे, ते मोजले जाऊ शकत नाही आणि गडद पदार्थावर आधारित संख्या अंदाजे आहेत. विश्वाचे अंदाजे आकारही ठोस नसल्याने शास्त्रज्ञांनी विश्वाच्या एका भागाचे मोजमाप करून त्या आकाराचे अंदाजे मूल्य करून गुणाकार करून वस्तुमान मोजण्याची कल्पना दूर केली आहे.



विश्वाची गणना केलेली वस्तुमान 1053 किलो ते 1060 किलो पर्यंत कुठेही आहे. वेगवेगळ्या पद्धती वापरल्या गेल्यामुळे, संख्यांमधील फरक इतका चांगला आहे. विश्वात काय आहे हे प्रत्यक्षात कोणालाही ठाऊक नाही. जरी अनेक शास्त्रज्ञांना अचूक संख्या शोधणे आवडेल, परंतु त्यांनी आधीच त्याचे सर्व वजन किती आहे हे मोजणे सुरू केले आहे. 

कोणालाही वास्तविक संख्या माहित नसल्यामुळे आपण बहुधा हे मान्य करू शकतो की विश्वाचा विस्तार अजूनही होत असल्याने वस्तुमान अपरिमित आहे.