Астрономы продолжают пытаться измерить массу Млечного Пути, и они продолжают придумывать разные числа. Но дело не в том, что они плохо разбираются в математике. Измерение массы чего-то такого огромного, как Млечный Путь, сбивает с толку. Плюс, мы встроены в это; требуется некоторое очень умное маневрирование, чтобы ограничить его массу.
Масса Млечного Пути - фундаментальный научный вопрос, на который астрономы пытались ответить десятилетиями. Проблема в том, что даже лучшие оценки астрономов сильно различаются. Трудность возникает не из измерения массы самих звезд. Это связано с проблемой измерения темной материи.
Не знаете, что такое темная материя? Хорошо, Space Magazine здесь, чтобы помочь. (Если вы знаете, что это такое, то можете пропустить следующий раздел.)
Обязательный «Что такое Темная материя?» Часть
Прежде всего, темная материя является гипотетической. Мы действительно не знаем, что это такое. Но мы знаем, что это там, или, скорее, мы знаем, что там что-то есть.
Вещи, которые мы можем видеть и взаимодействовать, сделаны из так называемой «барионной материи». Она состоит из атомов, и это все, с чем мы знакомы: наши тела, планеты, звезды, очки Ким Чен Ына и т. Д. Но барионная материя составляет всего около 10-15% вещества во вселенной.
Мы считаем, что темная материя составляет около 85-90% вещества во вселенной. Это отличается от обычного вещества, потому что оно не взаимодействует со светом, и мы не можем его видеть. Вот почему это называется темная материя.
Но мы знаем, что это там, потому что галактики ведут себя так, как будто они имеют гораздо большую массу, чем мы можем видеть. Намек на то, что это есть в гравитации. Галактики должны иметь больше массы и, следовательно, больше гравитации, чем мы можем видеть в их обычном веществе, иначе они просто разлетелись бы. Их масса и гравитация удерживают их вместе.
Короче говоря, вещи не могут быть такими, какие они есть, если бы не было гораздо большей массы, чем мы можем измерить.
Это действительно трудно измерить
“Мы просто не можем обнаружить темную материю напрямую.”
Лора Уоткинс, Европейская Южная Обсерватория
“Мы просто не можем обнаружить темную материю напрямую,”Объясняет Лаура Уоткинс (Европейская Южная Обсерватория, Германия), которая возглавляла команду, выполняющую анализ. «Вот что приводит к нынешней неопределенности в массе Млечного Пути - вы не можете точно измерить то, что не видите!“
Так как же мы можем измерить то, чего не видим? Астрономы заняты тем, что измеряют влияние темной материи и затем работают в обратном направлении. Но даже если приложить все усилия, оценки сильно различаются: от 500 миллиардов масс нашего Солнца до трех триллионов масс нашего Солнца. Это огромное расхождение и настоящая проблема в астрономии. И это из-за сложности измерения всей темной материи.
Теперь новое исследование, проведенное Лорой Уоткинс из Европейской южной обсерватории, считает, что они еще приблизились к измерению темной материи и, следовательно, всей массы Млечного пути. Их количество?
Они говорят, что Млечный путь содержит в 1,5 триллиона раз больше массы, чем наше Солнце, или 1,5 триллиона солнечных масс в радиусе 125 000 световых лет от центра галактики.
Исследование основано на втором выпуске данных миссии Gaia Европейского космического агентства. Авторы объединили его с наблюдениями с рабочей лошадки космического телескопа Хаббла.
Давайте рассмотрим, как астрономы измеряют массу Млечного Пути.
Астрономы не могут просто взять образцы измерений звезд, а затем экстраполировать. Это не работает, потому что они не могут видеть всю темную материю. Таким образом, они измеряют другие вещи. И благодаря миссии Gaia для них уже сделано несколько измерений.
Введите Gaia и шаровые скопления
Gaia является миссией ESO по созданию 3D-карты Млечного Пути. Это амбициозная миссия, но она дала отличные результаты. Гайя измерил позиционную и радиальную скорость около одного миллиарда звезд в Млечном Пути и в Местной группе. Это около одного процента звезд в нашей галактике. Это может показаться не так много, но точность измерений также очень важна, особенно когда речь идет об измерении темной материи.
Некоторые из примерно миллиарда звезд, которые измерял Гайя, находятся в шаровых скоплениях, которые находятся около Млечного Пути. Шаровые скопления представляют собой сферические скопления звезд, и около 150 из них вращаются вокруг Млечного Пути. Самое главное, что чем массивнее галактика, тем быстрее вращаются шаровые скопления. И Гайя дал нам более точные измерения их скорости, чем когда-либо прежде.
“Чем массивнее галактика, тем быстрее ее скопления движутся под действием силы тяжести.“
Н. Вин Эванс, Кембриджский университет, Великобритания.
“Чем массивнее галактика, тем быстрее ее скопления движутся под действием силы тяжести.»Объясняет Н. Вин Эванс (Кембриджский университет, Великобритания). «Большинство предыдущих измерений обнаружили скорость, с которой кластер приближается или удаляется от Земли, то есть скорость вдоль линии обзора. Однако мы также смогли измерить боковое движение скоплений, из которого можно рассчитать общую скорость и, следовательно, галактическую массу.“
Хаббл помогает
Чем дальше шаровое скопление, тем больше нам говорят о массе Млечного Пути. Хотя Гайя обеспечил чрезвычайно точные измерения скорости скоплений, это был почтенный космический телескоп Хаббла, который измерял скопления на расстоянии до 130 000 световых лет от Земли, добавляя большую точность новым измерениям массы для Млечного Пути.
“Глобальные скопления простираются на большое расстояние, поэтому они считаются лучшими трассерами, которые астрономы используют для измерения массы нашей галактики.»Сказал Тони Сон (Научный институт космического телескопа, США), который руководил измерениями Хаббла.
“Нам повезло, что у нас была такая отличная комбинация данных,»Объяснил Роланд П. ван дер Марел (Научный институт космического телескопа, США). «Объединив измерения Гайи для 34 шаровых скоплений с измерениями еще 12 отдаленных от Хаббла скоплений, мы могли бы определить массу Млечного пути таким образом, который был бы невозможен без этих двух космических телескопов.“
Почему это важно
Ну что теперь?
Масса Млечного Пути - это больше, чем просто любопытство, это неотъемлемая и важная часть гораздо больших вопросов. Содержание темной материи в галактике связано с образованием и ростом структур во Вселенной.
Это более точное измерение массы Млечного Пути помогает нам понять нашу родную галактику и ее место в космосе.
Неплохо.
Источники:
- Исследовательская статья: Данные о Млечном Пути средней массы из движений гало шарового скопления Gaia DR2 Halo
- Пресс-релиз: Хаббл и Гайя точно взвешивают Млечный путь
