Astronomowie próbują zmierzyć masę Drogi Mlecznej i wciąż wymyślają różne liczby. Ale to nie jest tak, że są źli z matematyki. Mierzenie masy czegoś tak ogromnego jak Droga Mleczna jest mylące. Plus, jesteśmy w to osadzeni; potrzeba bardzo sprytnego manewru, aby ograniczyć jego masę.
Masa Drogi Mlecznej to fundamentalne pytanie naukowe, na które astronomowie próbowali odpowiedzieć od dziesięcioleci. Problem w tym, że nawet najlepsze szacunki astronomów różnią się bardzo. Trudność nie wynika z pomiaru masy samych gwiazd. Wywodzi się z pomiaru ciemnej materii.
Nie wiesz, co to jest ciemna materia? Dobra, Space Magazine jest tutaj, aby ci pomóc. (Jeśli wiesz, co to jest, możesz pominąć następny rozdział).
Obowiązkowe „Czym jest ciemna materia?” Część
Przede wszystkim ciemna materia jest hipotetyczna. Naprawdę nie wiemy, co to jest. Ale wiemy, że tam jest, a raczej wiemy, że coś tam jest.
Rzeczy, które możemy zobaczyć i wchodzić w interakcje, składają się z tak zwanej „materii barionowej”. Składa się z atomów i to wszystko, co znamy: nasze ciała, planety, gwiazdy, okulary Kim Jong-un itp. Ale materia barionowa stanowi jedynie około 10-15% materii we wszechświecie.
Uważamy, że ciemna materia stanowi około 85-90% materii we wszechświecie. Różni się od zwykłej materii, ponieważ nie wchodzi w interakcje ze światłem i nie możemy jej zobaczyć. Dlatego nazywa się to ciemną materią.
Ale wiemy, że tam jest, ponieważ galaktyki zachowują się tak, jakby miały znacznie większą masę niż możemy zobaczyć. Wskazówka, że istnieje w grawitacji. Galaktyki muszą mieć większą masę, a zatem i grawitację, niż widzimy w ich zwykłej materii, inaczej po prostu rozpadną się. Ich masa i grawitacja utrzymują je razem.
Krótka wersja jest taka, że rzeczy po prostu nie mogłyby być takie, jakie są, chyba że masa byłaby o wiele większa niż jesteśmy w stanie zmierzyć.
Naprawdę trudno to zmierzyć
“Po prostu nie możemy bezpośrednio wykryć ciemnej materii.”
Laura Watkins, Europejskie Obserwatorium Południowe
“Po prostu nie możemy bezpośrednio wykryć ciemnej materii,”Wyjaśnia Laura Watkins (Europejskie Obserwatorium Południowe, Niemcy), która kierowała zespołem wykonującym analizę. „To prowadzi do obecnej niepewności w masie Drogi Mlecznej - nie można dokładnie zmierzyć tego, czego nie widać!“
Jak więc zmierzyć coś, czego nie widzimy? Astronomowie zajmują się mierzeniem efektu ciemnej materii, a następnie rodzajem pracy wstecz. Ale nawet przy wszystkich wysiłkach włożonych w to, szacunki różnią się znacznie, od zaledwie 500 miliardów masy Słońca, aż do 3 trylionów masy Słońca. To ogromna rozbieżność i prawdziwy dokuczliwy problem w astronomii. I to z powodu trudności w mierzeniu całej ciemnej materii.
Teraz nowe badanie prowadzone przez Laurę Watkins z Europejskiego Obserwatorium Południowego uważa, że są one jeszcze bliżej pomiaru ciemnej materii, a tym samym całej masy Drogi Mlecznej. Ich liczba?
Mówią, że Droga Mleczna zawiera 1,5 biliona razy tyle masy, co nasze Słońce, lub 1,5 biliona mas Słońca, w promieniu 125 000 lat świetlnych od centrum galaktyki.
Badanie opiera się na drugim wydaniu danych z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Autorzy połączyli go z obserwacjami z kosmicznego teleskopu Hubble'a.
Zobaczmy, jak astronomowie mierzą masę Drogi Mlecznej.
Astronomowie nie mogą po prostu pobierać próbek gwiazd, a następnie dokonywać ekstrapolacji. To nie działa, ponieważ nie widzą całej ciemnej materii. Więc mierzą inne rzeczy. Dzięki misji Gaia dokonano już wielu pomiarów.
Wprowadź Gaja i Gromady kuliste
Gaia to misja ESO polegająca na stworzeniu mapy 3D Drogi Mlecznej. To ambitna misja, ale przyniosła świetne rezultaty. Gaia zmierzyła prędkość pozycyjną i promieniową około miliarda gwiazd w Drodze Mlecznej i w Grupie Lokalnej. To około jeden procent gwiazd w naszej galaktyce. To może nie brzmieć dużo, ale dokładność pomiarów jest również bardzo ważna, szczególnie jeśli chodzi o pomiar ciemnej materii.
Niektóre z około miliarda gwiazd mierzonych przez Gaję znajdują się w gromadach kulistych w pobliżu Drogi Mlecznej. Gromady kuliste są kulistymi zbiorami gwiazd, a około 150 z nich okrąża Drogę Mleczną. Co najważniejsze, im bardziej masywna jest galaktyka, tym szybciej okrąża się gromada kulista. A Gaia dała nam dokładniejsze pomiary ich prędkości niż kiedykolwiek wcześniej.
“Im bardziej masywna galaktyka, tym szybciej gromady poruszają się pod wpływem siły grawitacji.“
N. Wyn Evans, University of Cambridge, Wielka Brytania.
“Im bardziej masywna galaktyka, tym szybciej gromady poruszają się pod wpływem siły grawitacji”Wyjaśnia N. Wyn Evans (University of Cambridge, Wielka Brytania). „Większość poprzednich pomiarów wykazała prędkość zbliżania się lub oddalania gromady od Ziemi, czyli prędkość wzdłuż naszej linii wzroku. Byliśmy jednak w stanie zmierzyć również ruch boczny gromad, na podstawie którego można obliczyć prędkość całkowitą, aw konsekwencji masę galaktyczną.“
Hubble pomaga
Im dalej gromada kulista, tym więcej mówią nam o masie Drogi Mlecznej. Chociaż Gaia zapewniała niezwykle dokładne pomiary prędkości gromad, był to czcigodny Teleskop Kosmiczny Hubble'a, który mierzył gromady w odległości 130 000 lat świetlnych od Ziemi, dodając dużą dokładność do nowego pomiaru masy Drogi Mlecznej.
“Globalne gromady rozciągają się na dużą odległość, więc są uważane za najlepsze znaczniki, których astronomowie używają do pomiaru masy naszej galaktyki”Powiedział Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), który prowadził pomiary Hubble'a.
“Mieliśmy szczęście, że mamy tak świetną kombinację danych,”Wyjaśnił Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). „Łącząc pomiary Gaii 34 gromad kulistych z pomiarami 12 bardziej odległych gromad Hubble'a, moglibyśmy określić masę Drogi Mlecznej w sposób, który byłby niemożliwy bez tych dwóch teleskopów kosmicznych.“
Dlaczego jest to ważne
I co teraz?
Masa Drogi Mlecznej jest czymś więcej niż ciekawostką, jest nieodłączną i ważną częścią znacznie większych pytań. Zawartość ciemnej materii galaktyki jest związana z powstawaniem i wzrostem struktur we Wszechświecie.
Ten dokładniejszy pomiar masy Drogi Mlecznej pomaga nam zrozumieć naszą galaktykę macierzystą i jej miejsce w kosmosie.
Nie jest zły.
Źródła:
- Artykuł badawczy: Dowody na to, że droga mleczna o masie pośredniej pochodzi z ruchów gromady kulistej Halo Gaia DR2
- Informacja prasowa: Hubble i Gaia dokładnie ważą Drogę Mleczną
