Pole saladus, et universum on äärmiselt suur koht. Ja arvestades selle ruumi suurt mahtu, võib eeldada, et selles sisalduv ainehulk on sama muljetavaldav.
Kuid huvitaval kombel muutuvad numbrid kõige mõistlikumaks just siis, kui vaatate seda küsimust väikseima skaalaga. Näiteks arvatakse, et meie vaadeldavas universumis eksisteerib vahemikus 120 kuni 300 sootillionit (see on 1,2 x 10²³ kuni 3,0 x 10²³). Kuid lähemalt vaadates, aatomi skaalal, muutuvad numbrid veelgi hoomamatumaks.
Sellel tasemel on hinnanguliselt kümme78 kuni 10-ni82 aatomid teadaolevas vaadeldavas universumis. Võõra inimese sõnul ulatub see kümne kvadriljoni vigintillioni ja saja tuhande kvadriljoni vigintillioni aatomini.
Ja veel, need arvud ei kajasta täpselt seda, kui palju universumis võib tegelikult olla. Nagu juba öeldud, kajastub see hinnang ainult vaadeldava universumi kohta, mis ulatub 46 miljardi valgusaastani ükskõik millises suunas, ja põhineb sellel, kus kosmose laienemine on viinud kõige kaugemad vaadeldavad objektid.
Kui Saksamaa superarvuti korraldas hiljuti simulatsiooni ja tema hinnangul on vaatlusulatuses umbes 500 miljardit galaktikat, siis konservatiivsema hinnangu kohaselt on arv umbes 300 miljardit. Kuna galaktikas võib tähtede arv ulatuda 400 miljardini, siis võib tähtede koguarv olla väga hea, umbes 1,2 × 1023 - või veidi üle 100 sekstillioni.
Keskmiselt võib iga täht kaaluda umbes 1035 grammi. Seega oleks kogumass umbes 1058 grammi (see on 1,0 x 1052 tonni). Kuna teada, et igas grammis aines on umbes 1024 prootonid või umbes sama arv vesinikuaatomeid (kuna ühel vesinikuaatomil on ainult üks prooton), oleks vesinikuaatomite koguarv umbes 1086 - aka. sada tuhat kvadriljonit vigintilli.
Selles jälgitavas universumis jaguneb see aine ühtlaselt kogu kosmosesse, vähemalt kui see on keskmiselt üle 300 miljoni valgusaasta pikkune. Väiksemates skaalades täheldatakse aga, et mateeria moodustub hierarhiliselt organiseeritud helendava materjali kogumikes, millega me kõik oleme tuttavad.
Lühidalt, enamus aatomeid on kondenseerunud tähtedeks, enamik tähti on kondenseerunud galaktikateks, enamik galaktikaid klastriteks, enamik klastrid superklastriteks ja lõpuks suurima ulatusega struktuurideks nagu galaktikate suur müür (teise nimega Sloani suur müür). . Väiksemal skaalal on neid tükke tolmuosakeste pilved, gaasipilved, asteroidid ja muud väikesed tähelainete tükid.
Universumi jälgitav aine levib ka isotroopselt; see tähendab, et ükski vaatlussuund ei tundu üksteisest erinev ja igal taevapiirkonnal on umbes sama sisu. Universumit supletakse ka väga isotroopse mikrolainekiirguse laines, mis vastab umbes 2,725 kelvini (veidi üle absoluutse nulli) termilisele tasakaalule.
Hüpoteesi, et suuremahuline universum on homogeenne ja isotroopne, tuntakse kui kosmoloogilist põhimõtet. See väidab, et füüsilised seadused toimivad kogu universumis ühtlaselt ja seetõttu ei tohiks suuremahulises struktuuris tekkida mingeid ebakorrapärasusi. Seda teooriat toetavad astronoomilised tähelepanekud, mis on aidanud kaardistada universumi struktuuri arengut alates sellest, kui see oli algselt paika pannud Suur Pauk.
Teadlaste seas valitseb praegu üksmeel selles, et valdav osa mateeriast loodi just sel juhul ja et Universumi laienemine ei ole võrrandisse uut ainet lisanud. Pigem usutakse, et see, mis on toimunud viimase 13,7 miljardi aasta jooksul, on olnud lihtsalt algselt loodud masside laienemine või hajutamine. See tähendab, et selle laienemise käigus pole lisatud ühtegi ainet, mida alguses polnud.
Kuid Einsteini massi ja energia samaväärsus on selle teooria kerge komplitseerimine. See on erirelatiivsusest tulenev tagajärg, mille korral objektile energia lisamine suurendab järk-järgult selle massi. Kõigi sulandumiste ja lõhustumiste vahel muundatakse aatomid regulaarselt osakestest energiaks ja jälle tagasi.
Vaatamata laiaulatuslikule vaatlusele jääb universumi üldine ainetihedus aja jooksul samaks. Vaadeldava universumi praegune tihedus on hinnanguliselt väga madal - umbes 9,9 × 10-30 grammi kuupsentimeetri kohta. Näib, et see massienergia koosneb 68,3% tumedast energiast, 26,8% tumedast ainest ja kõigest 4,9% tavalisest (helendavast) ainest. Seega on aatomite tihedus suurusjärgus üks vesinikuaatom iga nelja kuupmeetri ruumala kohta.
Pimeda energia ja tumeda aine omadused pole enamasti teada ja neid võiks ühtlaselt jaotada või grupeerida nagu tavalist ainet. Arvatakse siiski, et tume aine gravitatsioonistub nagu tavaline mateeria ja toimib seetõttu Universumi paisumise aeglustamiseks. Tume energia seevastu kiirendab selle laienemist.
See arv on jällegi umbkaudne. Universumi kogumassi hindamiseks jääb see sageli väiksemaks kui teised hinnangud ennustavad. Ja lõpuks, see, mida me näeme, on vaid väiksem osa tervikust.
Meil on kosmoseajakirjas palju artikleid, mis on seotud universumi ainehulgaga, näiteks kui palju galaktikaid universumis ja mitu tähte on Linnuteel?
NASA-l on ka järgmised artiklid universumi kohta, näiteks kui palju galaktikaid seal on? ja see artikkel tähtedest meie galaktikas.
Samuti on meil Astronomy Cast'i podcasti episoodid teemal Galaktikad ja Muutlikud Tähed.
