Dla jasności określenie masy Galaktyki Drogi Mlecznej nie jest prostym zadaniem. Z jednej strony obserwacje są trudne, ponieważ Układ Słoneczny leży głęboko w dysku samej galaktyki. Ale jednocześnie istnieje masa halo ciemnej materii naszej galaktyki, którą trudno zmierzyć, ponieważ nie jest ona „świecąca”, a zatem niewidoczna dla konwencjonalnych metod wykrywania.
Aktualne szacunki całkowitej masy galaktyki opierają się na ruchach pływowych strumieni gazu i gromad kulistych, na które oba mają wpływ masa grawitacyjna galaktyki. Jednak jak dotąd pomiary te doprowadziły do oszacowania masy w zakresie od jednego do kilku bilionów mas Słońca. Jak wyjaśnił profesor Loeb czasopismu Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej, precyzyjne pomiary masy Drogi Mlecznej mają ogromne znaczenie dla astronomów:
„Droga Mleczna stanowi laboratorium do testowania standardowego modelu kosmologicznego. Model ten przewiduje, że liczba galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej zależy wrażliwie od jej masy. Porównując prognozy ze spisem znanych galaktyk satelitarnych, niezbędna jest znajomość masy Drogi Mlecznej. Co więcej, całkowita masa kalibruje ilość niewidzialnej (ciemnej) materii i dobrze określa głębokość potencjału grawitacyjnego i implikuje, jak szybko gwiazdy powinny się poruszać, aby mogły uciec do przestrzeni międzygalaktycznej. ”
Ze względu na swoje badania prof. Loeb i dr Fragione zdecydowali się na nowe podejście, które polegało na modelowaniu ruchów HVS w celu określenia masy naszej galaktyki. Do tej pory w naszej galaktyce odkryto ponad 20 HVS, które poruszają się z prędkością do 700 km / s (435 mi / s) i znajdują się w odległości około 100 do 50 000 lat świetlnych od centrum galaktyki.
Uważa się, że gwiazdy te zostały wyrzucone z centrum naszej galaktyki dzięki interakcjom gwiazd podwójnych z supermasywną czarną dziurą (SMBH) w centrum naszej galaktyki - alias. Strzelec A *. Chociaż ich dokładna przyczyna jest wciąż przedmiotem dyskusji, orbity HVS można obliczyć, ponieważ są one całkowicie określone przez pole grawitacyjne galaktyki.
Jak wyjaśniają w swoich badaniach, naukowcy wykorzystali asymetrię w rozkładzie prędkości radialnej gwiazd w halo galaktycznym, aby określić potencjał grawitacyjny galaktyki. Prędkość tych gwiazd halo zależy od potencjalnej prędkości ucieczki HVS, pod warunkiem, że czas potrzebny HVS do ukończenia pojedynczej orbity jest krótszy niż czas życia gwiazd halo.
Dzięki temu byli w stanie odróżnić różne modele Drogi Mlecznej od siły grawitacyjnej, którą wywiera. Przyjmując nominalny czas podróży tych obserwowanych HVS - które obliczono na około 330 milionów lat, mniej więcej tyle samo, co średni czas życia gwiazd halo - byli w stanie uzyskać oszacowania grawitacyjne dla Drogi Mlecznej, które pozwoliły na oszacowanie jej całkowitej masy .
„Po skalibrowaniu minimalnej prędkości niezwiązanych gwiazd stwierdzamy, że masa Drogi Mlecznej mieści się w zakresie 1,2–1,9 bilionów mas Słońca”, powiedział Loeb. Mimo że wciąż podlega pewnym zakresom, ten najnowszy szacunek stanowi znaczną poprawę w stosunku do poprzednich szacunków. Co więcej, szacunki te są spójne z naszymi obecnymi modelami kosmologicznymi, które próbują uwzględnić całą widoczną materię we Wszechświecie, a także ciemną materię i ciemną energię - model Lambda-CDM.
„Wnioskowana masa Drogi Mlecznej mieści się w zakresie oczekiwanym w ramach standardowego modelu kosmologicznego”, powiedział Leob, „gdzie ilość ciemnej materii jest około pięć razy większa niż zwykłej (świecącej) materii”.
Na podstawie tego podziału można powiedzieć, że normalna materia w naszej galaktyce - tj. Gwiazdy, planety, pył i gaz - stanowi od 240 do 380 miliardów mas Słońca. To ostatnie badanie nie tylko zapewnia bardziej precyzyjne ograniczenia masy dla naszej galaktyki, ale może również pomóc nam dokładnie określić, ile jest tam systemów gwiezdnych - aktualne szacunki wskazują, że Droga Mleczna ma od 200 do 400 miliardów gwiazd i 100 miliardów planet .
Poza tym badanie to ma również znaczenie dla badań kosmicznej formacji i ewolucji. Dzięki dokładniejszym oszacowaniom masy naszej galaktyki, które są zgodne z obecnym rozkładem normalnej materii i ciemnej materii, kosmolodzy będą w stanie skonstruować dokładniejsze relacje o tym, jak powstał nasz Wszechświat. Krok do zrozumienia Wszechświata na najwspanialszej skali!
