宇宙是一个广阔而迷人的地方。当天文学家考虑它是由什么组成的，它们可以直接指向它所包含的数十亿个星系。每一颗都有数百万、数十亿甚至万亿颗恒星。许多恒星都有行星。也有气体和尘埃云。

在星系之间，似乎只有很少的“物质”，一些地方存在热气云，而其他区域几乎是空的空洞。所有这些都是可以检测到的材料。那么，利用射电、红外和x射线天文学观测宇宙并以合理的精度估算宇宙中的发光质量（我们可以看到的物质）有多困难？

探测宇宙“物质”

既然天文学家有了高灵敏度的探测器，他们在计算宇宙的质量以及质量的组成方面取得了巨大的进步。但这不是问题所在。他们得到的答案毫无意义。他们计算质量的方法是否错误（不太可能），或者是否存在其他问题；还有什么他们看不到的？要理解困难，重要的是要了解宇宙的质量以及天文学家如何测量它。

测量宇宙质量

宇宙质量最有力的证据之一是宇宙微波背景（CMB）。这不是物理上的“障碍”或诸如此类的东西。相反，它是早期宇宙的一种状态，可以用微波探测器来测量。CMB可以追溯到大爆炸后不久，实际上是宇宙的背景温度。可以把它看作是可以从各个方向在整个宇宙中均匀探测到的热量。这与太阳释放的热量或行星辐射的热量并不完全相同。相反，这是一个非常低的温度，测量温度为2.7 K。当天文学家去测量这个温度时，他们看到小的，但重要的波动在这个背景“热”中传播。然而，它的存在意味着宇宙本质上是“平坦的”。这意味着它将永远扩张。

那么，平面度对于计算宇宙质量意味着什么呢？从本质上讲，考虑到宇宙的测量尺寸，这意味着宇宙中必须有足够的质量和能量使其“平坦”。问题是什么？好吧，当天文学家把所有的“正常”物质（如恒星和星系，加上宇宙中的气体）加起来时，这仅仅是平坦宇宙保持平坦所需的临界密度的5%左右。

这意味着95%的宇宙尚未被探测到。它在那里，但它是什么？它在哪里？科学家说它以暗物质和暗能量的形式存在。

宇宙的组成

我们能看到的质量称为“重子”物质。它是行星、星系、气体云和星团。看不见的物质称为暗物质。还有可以测量的能量（光）；有趣的是，还有所谓的“暗能量”，没有人知道这是什么。

那么，宇宙是由什么组成的，百分比是多少？这是目前宇宙中质量比例的分解图。

宇宙中的重元素

首先是重元素。它们约占宇宙的0.03%。在宇宙诞生后的近5亿年里，唯一存在的元素是氢和氦，它们并不重。

然而，在恒星诞生、存活和消亡之后，宇宙中开始孕育出比氢和氦重的元素，这些元素在恒星内部被“煮熟”。当恒星在其核心熔合氢（或其他元素）时，就会发生这种情况。恒星死亡通过行星状星云或超新星爆炸将所有这些元素传播到太空。一旦它们分散到太空。它们是建造下一代恒星和行星的主要材料。

然而，这是一个缓慢的过程。即使在宇宙诞生近140亿年后，宇宙质量中只有一小部分是由比氦重的元素组成的。

中微子

中微子也是宇宙的一部分，尽管只占宇宙的0.3%。这些中微子是在恒星核心的核聚变过程中产生的，中微子是几乎没有质量的粒子，以接近光速的速度传播。再加上它们没有电荷，它们微小的质量意味着它们不容易与质量相互作用，除非直接撞击到原子核上。测量中微子并非易事。但是，它使科学家能够很好地估计太阳和其他恒星的核聚变率，以及宇宙中微子总数的估计。

星星

当观星者凝视夜空时，他们看到的大部分是星星。它们约占宇宙的0.4%。然而，当人们看到来自其他星系的可见光时，他们看到的大部分都是恒星。它们只占宇宙的一小部分，这似乎很奇怪。

气体

那么，还有什么比恒星和中微子更丰富呢？结果表明，气体占宇宙的4%，占宇宙的很大一部分。它们通常占据恒星之间的空间，因此，占据整个星系之间的空间。星际气体，主要是游离元素氢和氦，构成了宇宙中可以直接测量的大部分质量。使用对无线电、红外和x射线波长敏感的仪器检测这些气体。

暗物质

宇宙中第二丰富的“物质”是一些没有人见过的东西。然而，它约占宇宙的22%。科学家分析了星系的运动（旋转）以及星系团中星系之间的相互作用，发现所有存在的气体和尘埃都不足以解释星系的外观和运动。事实证明，这些星系中80%的质量一定是“暗的”。也就是说，它在任何波长的光中都是检测不到的，通过伽马射线射电。这就是为什么这种“物质”被称为“暗物质”。

这个神秘的群体的身份？不知道。最好的候选者是冷暗物质，理论上它是一种类似中微子的粒子，但质量要大得多。人们认为这些粒子，通常被称为弱相互作用的大质量粒子（WIMP），起源于早期星系形成中的热相互作用。然而，到目前为止，我们还无法直接或间接地探测到暗物质，也无法在实验室中创造暗物质。

暗能量

宇宙中最丰富的物质不是暗物质、恒星、星系或气体和尘埃云。这就是所谓的“暗能量”，它占宇宙的73%。事实上，暗能量根本不可能是巨大的。这使得它对“质量”的分类有些混乱。那么，这是什么？可能这是时空本身的一个非常奇怪的特性，或者甚至可能是某种无法解释的（迄今为止）能量场，它渗透了整个宇宙。或者这两者都不是。没人知道。只有时间和更多的数据才能说明问题。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑和更新。