Nije tajna da je svemir izuzetno veliko mjesto. A s obzirom na čistu količinu tog prostora, moglo bi se očekivati da će i količina tvari sadržana u njoj biti impresivna.
Ali zanimljivo je da brojevi postaju najspretniji kada gledate na to na najmanjoj skali. Na primjer, vjeruje se da u našem svemiru koji može promatrati postoji između 120 do 300 sekstilnih zvijezda (to je 1,2 x 10 ² 3 do 3 x 10 ²³). Ali gledajući li bliže, na atomskoj ljestvici, brojke postaju još nezamislivije.
Na ovoj se razini procjenjuje da ih ima između 1078 do 1082 atoma u poznatom svemirskom svemiru. Prema riječima laika, to odgovara između deset i tri stotine tisuća vigintiljionskih atoma.
Pa ipak, ti brojevi ne odražavaju točno koliko svemira uistinu može biti kuća. Kao što je već rečeno, ova procjena služi samo za promatrajući svemir koji doseže 46 milijardi svjetlosnih godina u bilo kojem smjeru, a temelji se na tome gdje su širenje prostora odnijeli najudaljenije promatrane objekte.
Dok je njemački superračunalo nedavno pokrenuo simulaciju i procijenio da u dometu promatranja postoji oko 500 milijardi galaksija, konzervativnija procjena ovog broja iznosi oko 300 milijardi. Budući da se broj zvijezda u galaksiji može kretati i do 400 milijardi, ukupni broj zvijezda može biti oko 1,2 × 1023 - ili nešto više od 100 sekstilija.
U prosjeku, svaka zvijezda može težiti oko 1035 grama. Dakle, ukupna masa bila bi oko 1058 grama (to je 1,0 x 1052 metričke tone). Pošto je poznato da svaki gram materije ima oko 1024 protona, ili otprilike istog broja atoma vodika (budući da jedan atom vodika ima samo jedan proton), tada bi ukupni broj vodikovih atoma bio otprilike 1086 - aka. sto tisuća kvadrilijuna vigintilija.
Unutar ovog promatranog svemira ta se materija homogeno širi kroz svemir, barem kad je prosječna udaljenostima dužim od 300 milijuna svjetlosnih godina. Na manjim mjerilima, međutim, opaža se da se materija formira u gomile hijerarhijski organizirane svjetlosne materije koju smo svi dobro upoznali.
Ukratko, većina atoma je kondenzirana u zvijezde, većina zvijezda je kondenzirana u galaksije, većina galaksija u klastere, većina klastera u superklaster i, na kraju, u strukture najvećeg razmjera poput Velikog zida galaksija (aka. Veliki Slonski zid) , U manjim razmjerima ti su grudvi prožeti oblacima čestica prašine, plinskim oblacima, asteroidima i drugim malim nakupinama zvjezdane materije.
Promatrana tvar Svemira također se širi izotropno; što znači da se nijedan smjer promatranja ne razlikuje od bilo kojeg drugog i svaka regija na nebu ima približno isti sadržaj. Svemir je također okupan valom visoko izotropnog mikrovalnog zračenja koji odgovara toplinskoj ravnoteži od oko 2,725 kelvina (tik iznad apsolutne nule).
Hipoteza da je svemir velikih razmjera homogena i izotropna poznata je kao kozmološki princip. To kaže da fizički zakoni djeluju jednolično u cijelom svemiru i stoga ne bi trebali stvarati vidljive nepravilnosti u strukturi velikih razmjera. Ovu je teoriju potkrijepila astronomska promatranja koja su pomogla ucrtati evoluciju strukture svemira otkako ju je prvotno postavio Veliki prasak.
Trenutačni konsenzus znanstvenika je da je velika većina materije stvorena u ovom slučaju, te da širenje Svemira od tada nije dodalo novu materiju jednadžbi. Umjesto toga, vjeruje se da je ono što se događalo zadnjih 13,7 milijardi godina jednostavno širenje ili raspršivanje masa koje su u početku stvorene. Odnosno, nijedna količina tvari koja u početku nije bila prisutna tijekom ovog širenja.
Međutim, Einsteinova ekvivalencija mase i energije predstavlja blagu komplikaciju ovoj teoriji. To je posljedica koja proizlazi iz Specijalne relativnosti u kojoj dodavanje energije predmetu postepeno povećava njegovu masu. Između svih fuzija i fisija atomi se redovito pretvaraju iz čestica u energije i natrag.
Unatoč tome, promatrana na širokoj razini, ukupna gustoća materije u svemiru ostaje ista tijekom vremena. Sadašnja gustoća promatranog svemira procjenjuje se na vrlo nisku vrijednost - otprilike 9,9 × 10-30 grama po kubičnom centimetru. Čini se da se ta masa energije sastoji od 68,3% tamne energije, 26,8% tamne materije i samo 4,9% obične (svjetlosne) materije. Stoga je gustoća atoma u redoslijedu jednog atoma vodika za svaka četiri kubna metra volumena.
Svojstva tamne energije i tamne materije uglavnom su nepoznata i mogu se jednoliko rasporediti ili organizirati u grozdove poput normalne materije. Međutim, vjeruje se da tamna tvar gravitira kao i obična materija, pa na taj način djeluje na usporavanje širenja svemira. Suprotno tome, tamna energija ubrzava njeno širenje.
Još jednom, ovaj je broj samo gruba procjena. Kad se koristi za procjenu ukupne mase Svemira, to često ne zadovoljava ono što druge procjene predviđaju. I na kraju, ono što vidimo je samo manji djelić cjeline.
Imamo ovdje mnogo članaka koji se odnose na količinu materije u svemiru ovdje u časopisu Space, poput Koliko galaksija u svemiru i koliko zvijezda u Mliječnom putu?
NASA također ima sljedeće članke o svemiru, poput Koliko galaksija ima? i ovaj članak o Zvijezdama u našoj galaksiji.
Imamo i podcast epizode iz Astronomy Cast-a na temu Galaksija i promjenjivih zvijezda.
