Δεν είναι μυστικό ότι το σύμπαν είναι ένα εξαιρετικά απέραντο μέρος. Και δεδομένου του τεράστιου όγκου αυτού του χώρου, θα περίμενε κανείς ότι η ποσότητα της ύλης που περιέχεται μέσα θα ήταν εξίσου εντυπωσιακή.
Αλλά αρκετά ενδιαφέρον, όταν κοιτάζετε αυτό το θέμα στη μικρότερη κλίμακα, οι αριθμοί γίνονται οι πιο εντυπωσιακοί. Για παράδειγμα, πιστεύεται ότι μεταξύ 120 έως 300 sextillion (δηλαδή 1,2 x 10²³ έως 3,0 x 10²³) αστέρια υπάρχουν μέσα στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας. Αλλά κοιτάζοντας πιο κοντά, στην ατομική κλίμακα, οι αριθμοί γίνονται ακόμη πιο αδιανόητοι.
Σε αυτό το επίπεδο, εκτιμάται ότι υπάρχουν μεταξύ 1078 έως 1082 άτομα στο γνωστό, παρατηρήσιμο σύμπαν. Σύμφωνα με τους λαούς, αυτό κυμαίνεται μεταξύ δέκα τετρα δισεκατομμυρίων vigintillion και εκατό χιλιάδων quadrillion vigintillion ατόμων.
Ωστόσο, αυτοί οι αριθμοί δεν αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια πόση σημασία μπορεί να φιλοξενήσει πραγματικά το σύμπαν. Όπως ήδη αναφέρθηκε, αυτή η εκτίμηση αντιστοιχεί μόνο στο παρατηρήσιμο σύμπαν που φτάνει τα 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και βασίζεται στο πού η επέκταση του χώρου έχει λάβει τα πιο απομακρυσμένα αντικείμενα που παρατηρήθηκαν.
Ενώ ένας Γερμανός υπερυπολογιστής πραγματοποίησε πρόσφατα μια προσομοίωση και υπολόγισε ότι υπάρχουν περίπου 500 δισεκατομμύρια γαλαξίες εντός εύρους παρατήρησης, μια πιο συντηρητική εκτίμηση υπολογίζει τον αριθμό σε περίπου 300 δισεκατομμύρια. Δεδομένου ότι ο αριθμός των αστεριών σε έναν γαλαξία μπορεί να φτάσει τα 400 δισεκατομμύρια, τότε ο συνολικός αριθμός των αστεριών μπορεί να είναι περίπου 1,2 × 1023 - ή μόλις πάνω από 100 εκατοστά.
Κατά μέσο όρο, κάθε αστέρι μπορεί να ζυγίζει περίπου 1035 γραμμάρια. Έτσι, η συνολική μάζα θα ήταν περίπου 1058 γραμμάρια (δηλαδή 1,0 x 1052 μετρικοί τόνοι). Δεδομένου ότι κάθε γραμμάριο ύλης είναι γνωστό ότι έχει περίπου 1024 πρωτόνια, ή περίπου τον ίδιο αριθμό ατόμων υδρογόνου (εφόσον ένα άτομο υδρογόνου έχει μόνο ένα πρωτόνιο), τότε ο συνολικός αριθμός ατόμων υδρογόνου θα ήταν περίπου 1086 - γνωστός. εκατόν χιλιάδες τετραδισεκατομμύρια vigintillion.
Μέσα σε αυτό το παρατηρήσιμο σύμπαν, αυτό το θέμα διαδίδεται ομοιογενώς σε όλο το διάστημα, τουλάχιστον όταν ο μέσος όρος σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 300 εκατομμύρια έτη φωτός. Σε μικρότερες κλίμακες, ωστόσο, η ύλη παρατηρείται ότι σχηματίζεται στις συστάδες της ιεραρχικά οργανωμένης φωτεινής ύλης με την οποία όλοι γνωρίζουμε.
Με λίγα λόγια, τα περισσότερα άτομα συμπυκνώνονται σε αστέρια, τα περισσότερα αστέρια συμπυκνώνονται σε γαλαξίες, οι περισσότεροι γαλαξίες σε συστάδες, τα περισσότερα σμήνη σε υπερκαυστήρες και, τέλος, σε κατασκευές μεγαλύτερης κλίμακας όπως το Σινικό Τείχος των γαλαξιών (γνωστός και ως το Σλοβικό Σινικό Τείχος) . Σε μικρότερη κλίμακα, αυτές οι συστάδες διαπερνούνται από σύννεφα σωματιδίων σκόνης, σύννεφα αερίων, αστεροειδείς και άλλες μικρές συστάδες αστρικής ύλης.
Η παρατηρήσιμη ύλη του Σύμπαντος διαδίδεται επίσης ισοτροπικά. που σημαίνει ότι καμία κατεύθυνση παρατήρησης δεν φαίνεται διαφορετική από κάθε άλλη και κάθε περιοχή του ουρανού έχει περίπου το ίδιο περιεχόμενο. Το Σύμπαν λούζεται επίσης σε ένα κύμα υψηλής ισοτροπικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων που αντιστοιχεί σε θερμική ισορροπία περίπου 2,725 kelvin (ακριβώς πάνω από το Absolute Zero).
Η υπόθεση ότι το σύμπαν μεγάλης κλίμακας είναι ομοιογενές και ισοτροπικό είναι γνωστό ως κοσμολογική αρχή. Αυτό δηλώνει ότι οι φυσικοί νόμοι δρουν ομοιόμορφα σε όλο το σύμπαν και, ως εκ τούτου, δεν πρέπει να παράγουν παρατηρήσιμες ανωμαλίες στη δομή μεγάλης κλίμακας. Αυτή η θεωρία υποστηρίχθηκε από αστρονομικές παρατηρήσεις οι οποίες βοήθησαν να χαρτογραφηθεί η εξέλιξη της δομής του σύμπαντος από τότε που καθορίστηκε αρχικά από το Big Bang.
Η τρέχουσα συναίνεση μεταξύ των επιστημόνων είναι ότι η συντριπτική πλειοψηφία της ύλης δημιουργήθηκε σε αυτό το γεγονός, και ότι η επέκταση του Σύμπαντος δεν έχει προσθέσει νέα ύλη στην εξίσωση. Αντιθέτως, πιστεύεται ότι αυτό που συμβαίνει τα τελευταία 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια ήταν απλώς μια επέκταση ή διασπορά των μαζών που δημιουργήθηκαν αρχικά. Δηλαδή, κατά τη διάρκεια αυτής της επέκτασης δεν έχει προστεθεί ποσότητα υλικού που δεν υπήρχε στην αρχή.
Ωστόσο, η ισοδυναμία μάζας και ενέργειας του Αϊνστάιν παρουσιάζει μια μικρή επιπλοκή σε αυτήν τη θεωρία. Αυτό είναι μια συνέπεια που προκύπτει από την Ειδική Σχετικότητα, στην οποία η προσθήκη ενέργειας σε ένα αντικείμενο αυξάνει σταδιακά τη μάζα του. Μεταξύ όλων των συντήξεων και σχισμών, τα άτομα μετατρέπονται τακτικά από σωματίδια σε ενέργειες και επιστρέφουν ξανά.
Ωστόσο, σε μεγάλη κλίμακα, η συνολική πυκνότητα ύλης του σύμπαντος παραμένει η ίδια με την πάροδο του χρόνου. Η παρούσα πυκνότητα του παρατηρήσιμου σύμπαντος εκτιμάται ότι είναι πολύ χαμηλή - περίπου 9,9 × 10-30 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Αυτή η μαζική ενέργεια φαίνεται να αποτελείται από 68,3% σκοτεινή ενέργεια, 26,8% σκοτεινή ύλη και μόλις 4,9% συνηθισμένη (φωτεινή) ύλη. Έτσι, η πυκνότητα των ατόμων είναι της τάξης ενός ατόμου υδρογόνου για κάθε τέσσερα κυβικά μέτρα όγκου.
Οι ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστες και θα μπορούσαν να κατανεμηθούν ομοιόμορφα ή να οργανωθούν σε συστάδες όπως η κανονική ύλη. Ωστόσο, πιστεύεται ότι η σκοτεινή ύλη βαρύνει όπως συνηθίζεται, και έτσι λειτουργεί για να επιβραδύνει την επέκταση του Σύμπαντος. Αντίθετα, η σκοτεινή ενέργεια επιταχύνει την επέκτασή της.
Για άλλη μια φορά, αυτός ο αριθμός είναι απλή εκτίμηση. Όταν χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της συνολικής μάζας του Σύμπαντος, συχνά υπολείπεται αυτού που προβλέπουν άλλες εκτιμήσεις. Και στο τέλος, αυτό που βλέπουμε είναι μόνο ένα μικρότερο κλάσμα του συνόλου.
Έχουμε πολλά άρθρα που σχετίζονται με την ποσότητα της ύλης στο Σύμπαν εδώ στο Space Magazine, όπως Πόσοι Γαλαξίες στο Σύμπαν και Πόσα Αστέρια βρίσκονται στον Γαλαξία;
Η NASA έχει επίσης τα ακόλουθα άρθρα για το σύμπαν, όπως Πόσους γαλαξίες υπάρχουν; και αυτό το άρθρο για τα αστέρια στο γαλαξία μας.
Έχουμε επίσης επεισόδια podcast από το Cast Astronomy με θέμα τους γαλαξίες και τα μεταβλητά αστέρια.
