Det er ingen hemmelighed, at universet er et ekstremt stort sted. Og i betragtning af det store rumfang af dette rum, kunne man forvente, at mængden af stof indeholdt i ville være på samme måde imponerende.
Men interessant nok er det, når man ser på den sag på de mindste skalaer, at antallet bliver det mest betagende. F.eks. Antages det, at der findes mellem 120 til 300 sextillioner (det er 1,2 x 10²³ til 3,0 x 10²³) stjerner i vores observerbare univers. Men når man ser nærmere på atomskalaen, bliver tallene endnu mere tænkelige.
På dette niveau estimeres det, at der er mellem 1078 til 1082 atomer i det kendte, observerbare univers. I lægmænds termer fungerer det mellem ti quadrillion vigintillion og hundrede tusind quadrillion vigintillion atomer.
Og alligevel afspejler disse numre ikke nøjagtigt, hvor meget stof universet virkelig kan rumme. Som allerede nævnt står dette skøn kun for det observerbare univers, der når 46 milliarder lysår i en hvilken som helst retning og er baseret på, hvor udvidelsen af rummet har taget de fjerneste objekter, der er observeret.
Mens en tysk supercomputer for nylig kørte en simulering og estimerede, at der findes omkring 500 milliarder galakser inden for observationsområdet, placerer et mere konservativt skøn antallet på omkring 300 milliarder. Da antallet af stjerner i en galakse kan løbe op til 400 milliarder, kan det samlede antal stjerner meget godt være omkring 1,2 × 1023 - eller lidt over 100 sextillioner.
I gennemsnit kan hver stjerne veje cirka 1035 gram. Således ville den samlede masse være ca. 1058 gram (det er 1,0 x 1052 tons). Da hvert gram stof vides at have ca. 1024 protoner, eller omtrent det samme antal hydrogenatomer (da et hydrogenatom kun har et proton), ville det samlede antal hydrogenatomer være omtrent 1086 - alias. hundrede tusind quadrillion vigintillion.
I dette observerbare univers spredes denne sag homogent gennem rummet, i det mindste når det gennemsnit over afstande længere end 300 millioner lysår. På mindre skalaer observeres der dog, at stof dannes til de klumper af hierarkisk organiseret lysstof, som vi alle kender.
Kort sagt, de fleste atomer kondenseres til stjerner, de fleste stjerner kondenseres til galakser, de fleste galakser i klynger, de fleste klynger til superklynger og til sidst i de største strukturer som Den Store Væg af galakser (også kaldet Sloan-muren) . I mindre skala er disse klumper gennemsyret af skyer af støvpartikler, gasskyer, asteroider og andre små klumper af stjernemateriale.
Universets observerbare stof er også isotropisk spredt; hvilket betyder, at ingen observationsretning virker anderledes end nogen anden, og hver region på himlen har nogenlunde det samme indhold. Universet bades også i en bølge af stærkt isotropisk mikrobølgestråling, der svarer til en termisk ligevægt på ca. 2.725 kelvin (lige over Absolute Zero).
Hypotesen om, at det store univers er homogent og isotrop, er kendt som det kosmologiske princip. Dette siger, at fysiske love fungerer ensartet i hele universet og derfor ikke burde frembringe observerbare uregelmæssigheder i den store skala. Denne teori er blevet bakket op af astronomiske observationer, der har bidraget til at kortlægge udviklingen i universets struktur, siden den oprindeligt blev nedlagt af Big Bang.
Den nuværende konsensus blandt forskere er, at langt de fleste stof blev skabt i denne begivenhed, og at udvidelsen af Universet siden ikke har tilføjet nye stoffer til ligningen. Det antages snarere, at hvad der har fundet sted i de sidste 13,7 milliarder år simpelthen har været en udvidelse eller spredning af de masser, der oprindeligt blev skabt. Det vil sige, at der ikke er tilføjet nogen mængde stof, der ikke var der i starten, under denne udvidelse.
Einsteins ækvivalens mellem masse og energi udgør imidlertid en lille komplikation til denne teori. Dette er en konsekvens, der hidrører fra særlig relativitet, hvor tilføjelse af energi til et objekt øger dens masse trinvist. Mellem alle fusioner og fusioner konverteres atomer regelmæssigt fra partikler til energier og tilbage igen.
Ikke desto mindre, observeret i stor skala, forbliver universets samlede stofdensitet den samme over tid. Den nuværende tæthed af det observerbare univers estimeres til at være meget lav - ca. 9,9 × 10-30 gram pr. kubikcentimeter. Denne masseenergi ser ud til at bestå af 68,3% mørk energi, 26,8% mørk stof og kun 4,9% almindelig (lysende) stof. Således er densiteten af atomer i størrelsesordenen af et enkelt hydrogenatom for hver fjerde kubikmeter volumen.
Egenskaberne ved mørk energi og mørkt stof er stort set ukendte og kunne være ensartet fordelt eller organiseret i klumper som normal stof. Det menes imidlertid, at mørkt stof tynger som almindeligt stof, og således arbejder for at bremse udvidelsen af universet. Derimod fremskynder mørk energi dens ekspansion.
Igen er dette tal bare et groft skøn. Når det bruges til at estimere universets samlede masse, falder det ofte under, hvad andre estimater forudsiger. Og til sidst er det, vi ser, bare en mindre brøkdel af helheden.
Vi har mange artikler, der er relateret til mængden af stof i universet her i Space Magazine, som Hvor mange galakser i universet, og hvor mange stjerner er i Mælkevejen?
NASA har også følgende artikler om universet, ligesom Hvor mange galakser er der? og denne artikel om stjernerne i vores galakse.
Vi har også podcast-episoder fra Astronomy Cast om emnet Galakser og Variable Stars.
