2013 satte Europeiska rymdorganisationen ut det efterlängtade rymdobservatoriet Gaia. Som en av en handfull nästa generations rymdobservatorier som kommer att gå upp före slutet av decenniet har detta uppdrag använt de senaste åren katalogisering över en miljard astronomiska objekt. Med hjälp av dessa data hoppas astronomer och astrofysiker att skapa den största och mest exakta 3D-kartan över Vintergatan hittills.
Även om det är nästan till slutet av sitt uppdrag, bär fortfarande mycket av sin tidigaste information frukt. Till exempel, genom att använda uppdragets ursprungliga datalagring, lyckades ett team av astrofysiker från University of Toronto räkna ut hur snabbt solen kretsar om Vintergatan. Från detta kunde de för första gången få en exakt avståndsuppskattning mellan vår sol och galaxens centrum.
Under en tid har astronomer varit osäkra på exakt hur långt vårt solsystem är från centrum av vår galax. Mycket av detta har att göra med det faktum att det är omöjligt att se det direkt på grund av en kombination av faktorer (dvs perspektiv, storleken på vår galax och synbarhetsbarriärer). Som ett resultat har officiella uppskattningar sedan år 2000 varierat mellan 7,2 och 8,8 kiloparsek (~ 23 483 till 28 700 ljusår).
För studiens skull kombinerade teamet - som leds av Jason Hunt, en Dunlap-medarbetare vid Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics vid University of Toronto - Gaias initiala utgåva med data från RAdial Velocity Experiment (RAVE). Denna undersökning, som genomfördes mellan 2003 och 2013 av Australian Astronomical Observatory (AAO), mätte positioner, avstånd, radiella hastigheter och spektra på 500 000 stjärnor.
Över 200 000 av dessa stjärnor observerades också av Gaia och information om dem ingick i dess ursprungliga datalagring. Som de förklarar i sin studie, som publicerades i Journal of Astrophysical Letters i november 2016 använde de detta för att undersöka hastigheterna med vilka dessa stjärnor kretsar kring galaxens centrum (relativt solen) och i processen upptäckte det att det var en uppenbar fördelning i deras relativa hastigheter.
Kort sagt, vår sol rör sig runt mitten av Vintergatan med en hastighet av 240 km / s (149 mi / s) eller 864 000 km / h (536,865 mph). Naturligtvis rörde några av de mer än 200 000 kandidaterna sig snabbare eller långsammare. Men för vissa fanns det ingen uppenbar vinkelmoment, som de hänförde till att dessa stjärnor spridda på "kaotiska, halo-banor när de passerar genom den galaktiska kärnan".
Som Hunt förklarade i Dunlap Institute: s pressmeddelande:
”Stjärnor med mycket nära vinkelmoment noll skulle ha kastat sig mot det galaktiska centrumet där de skulle påverkas starkt av de extrema gravitationskrafter som finns där. Detta skulle sprida dem i kaotiska banor som tar dem långt ovanför det galaktiska planet och bort från solområdet ... Genom att mäta hastigheten med vilka närliggande stjärnor roterar runt vår galax med avseende på solen, kan vi observera en brist på stjärnor med en specifik negativ relativ hastighet. Och eftersom vi vet att detta dopp motsvarar 0 km / sek, berättar det i sin tur hur snabbt vi rör oss. ”
Nästa steg var att kombinera denna information med korrekt rörelseberäkningar av Skytten A * - det supermassiva svarta hålet som tros ligga i mitten av vår galax. Efter att ha korrigerat för sin rörelse relativt bakgrundsföremål kunde de effektivt triangulera jordens avstånd från galaxens centrum. Från detta erhöll de ett förfinat uppskattningsavstånd från 7,6 till 8,2 kpc - vilket fungerar till cirka 24 778 till 26 745 ljusår.
Denna studie bygger på tidigare arbete som utförts av studiens medförfattare - professor Ray Calberg, den nuvarande ordföranden för institutionen för astronomi och astrofysik vid University of Toronto. För många år sedan genomförde han och prof. Kimmo Innanen från institutionen för fysik och astronomi vid York University en liknande studie med radiell hastighetsmätning från 400 av Vintergatan.
Men genom att införliva data från Gaia-observatoriet kunde UofT-teamet få en mycket mer omfattande datamängd och begränsa avståndet till galaktiskt centrum med en betydande mängd. Och detta baserades endast på de ursprungliga uppgifterna som Gaia-uppdraget släppte. Framöver förväntar jag sig att ytterligare datautgivningar gör att hans team och andra astronomer kan förfina sina beräkningar ännu mer.
"Gaias slutliga utgåva i slutet av 2017 borde göra det möjligt för oss att öka precisionen i vår mätning av solens hastighet till inom ungefär en km / sek," sade han, "vilket i sin tur kommer att öka noggrannheten i vår mätning av vårt avstånd från Galaktiskt centrum. ”
När fler nästa generations rymdteleskoper och observatorier används, kan vi förvänta oss att de kommer att ge oss en mängd ny information om vårt universum. Och utifrån detta kan vi förvänta oss att astronomer och astrofysiker börjar lysa ljuset på ett antal olösta kosmologiska frågor.
