Astronomer försöker fortsätta att mäta massan på Vintergatan och de kommer upp med olika antal. Men det är inte så att de är dåliga i matematik. Att mäta massan av något så enormt som Vintergatan är förvirrande. Dessutom är vi inbäddade i det; det kräver någon mycket smart manövrering för att begränsa sin massa.
Vintergatan är en grundläggande vetenskaplig fråga som astronomer har försökt att besvara i årtionden. Problemet är att även astronomernas bästa uppskattningar varierar mycket. Svårigheten uppstår inte genom att mäta själva stjärnorna. Det kommer från utmaningen att mäta mörk materia.
Vet du inte vad mörk materia är? Okej, Space Magazine är här för att hjälpa till. (Om du vet vad det är, kan du hoppa över nästa avsnitt.)
Den obligatoriska "Vad är mörk materia?" Del
Först och främst är mörk materia hypotetisk. Vi vet inte riktigt vad det är. Men vi vet att det är där, eller snarare att vi vet att det finns något där.
De saker vi kan se och interagera med är gjorda av vad som kallas 'baryonisk materia.' Det är gjord av atomer och det är allt vi känner till: Våra kroppar, planeterna, stjärnorna, Kim Jong-uns glasögon, etc. Men baryonmaterial utgör endast cirka 10-15% av materien i universum.
Vi tror att mörk materia utgör cirka 85-90% av materien i universum. Det skiljer sig från vanligt ämne eftersom det inte interagerar med ljus och vi kan inte se det. Det är därför det kallas mörk materia.
Men vi vet att det är där eftersom galaxer uppför sig som om de har mycket mer massa än vi kan se. Antydan att det är där finns i allvaret. Galaxer måste ha mer massa och därmed mer tyngd än vi kan se i deras vanliga ämnen, annars skulle de bara flyga isär. Deras massa och tyngdkraft håller dem samman.
Den korta versionen är att saker bara inte kan vara som de är såvida det inte var mycket mer massa än vi kan mäta.
Det är verkligen svårt att mäta
“Vi kan bara inte upptäcka mörk materia direkt.”
Laura Watkins, European Southern Observatory
“Vi kan bara inte upptäcka mörk materia direkt,”Förklarar Laura Watkins (European Southern Observatory, Tyskland), som ledde teamet som utför analysen. ”Det är vad som leder till den nuvarande osäkerheten i Vintergatens massa - du kan inte mäta exakt vad du inte kan se!“
Så hur kan vi mäta något vi inte kan se? Astronomer upptagen sig själva mäta effekten av mörk materia och sedan slags arbete bakåt. Men även med all den ansträngning som läggs på det varierar beräkningarna mycket, från så låga som 500 miljarder gånger massan av vår sol, upp till 3 biljoner gånger massan av vår sol. Det är en enorm skillnad och ett verkligt irriterande problem inom astronomi. Och det är på grund av svårigheten att mäta all mörk materia.
Nu tror en ny studie ledd av Laura Watkins från European Southern Observatory att de har kommit närmast till att mäta den mörka materien, och därmed hela mjölken, av Vintergatan. Deras nummer?
De säger att Vintergatan innehåller 1,5 biljoner gånger så mycket massa som vår sol, eller 1,5 biljoner solmassor, inom en radie av 125 000 ljusår från det galaktiska centrumet.
Studien förlitar sig på den andra datalisensen från Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag. Författarna kombinerade det med observationer från arbetshästens Hubble Space Telescope.
Låt oss komma in i tarmarna för hur astronomer mäter Vintergatan.
Astronomer kan inte bara ta provmätningar av stjärnor och sedan extrapolera. Det fungerar inte eftersom de inte kan se all mörk materia. Så de mäter andra saker. Och tack vare Gaia-uppdraget har ett antal mätningar redan gjorts för dem.
Gå in i Gaia och Globular Clusters
Gaia är ESO: s uppdrag att skapa en 3D-karta över Vintergatan. Det är ett ambitiöst uppdrag, men det har gett fantastiska resultat. Gaia har uppmätt positions- och radialhastigheten på ungefär en miljard av stjärnorna i Vintergatan och i den lokala gruppen. Detta är ungefär en procent av stjärnorna i vår galax. Det låter kanske inte så mycket, men mätnoggrannheten är också väldigt viktig, särskilt när det gäller att mäta mörk materia.
Några av de ungefär en miljard stjärnor som Gaia mätte finns i de kulakluster som ligger nära Vintergatan. Globular kluster är sfäriska samlingar av stjärnor, och där omkring 150 av dem kretsar om Vintergatan. Viktigast av allt är: ju mer massiv galaxen är, desto snabbare går globulens kluster. Och Gaia har gett oss mer exakta mätningar av deras hastighet än någonsin tidigare.
“Ju mer massiv en galax, desto snabbare rör sig klusterna under sin tyngdkraft.“
N. Wyn Evans, University of Cambridge, Storbritannien.
“Ju mer massiv en galax, desto snabbare rör sig klusterna under sin tyngdkraft”Förklarar N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). ”De flesta tidigare mätningar har funnit hastigheten med vilken ett kluster närmar sig eller går tillbaka från jorden, det är hastigheten längs vår siktlinje. Men vi kunde också mäta sido-rörelsen hos klustren, från vilka den totala hastigheten, och följaktligen den galaktiska massan, kan beräknas.“
Hubble hjälper till
Ju längre bort det globulära klustret, desto mer berättar de för oss om Vintergatan. Trots att Gaia tillhandahöll de extremt exakta hastighetsmätningarna av klusterna, var det det värdefulla Hubble-rymdteleskopet som mätte kluster så långt borta som 130 000 ljusår från Jorden, vilket lägger till stor noggrannhet till den nya massmätningen för Vintergatan.
“Globala kluster sträcker sig ut på ett stort avstånd, så de anses vara de bästa spårare som astronomer använder för att mäta massan i vår galax”Sa Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), som ledde Hubble-mätningarna.
“Vi hade tur att ha en så fantastisk kombination av data,”Förklarade Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). ”Genom att kombinera Gaias mätningar av 34 globulära kluster med mätningar av 12 mer avlägsna kluster från Hubble, kunde vi fästa ner Vintergatan på ett sätt som skulle vara omöjligt utan dessa två rymdteleskoper.“
Why It Matters
Så vad nu?
Vintergatan är mer än bara en nyfikenhet, det är en iboende och viktig del av mycket större frågor. En galaxs mörka materieinnehåll är kopplat till bildandet och tillväxten av strukturer i universum.
Denna mer exakta mätning av Vintergatan hjälper oss att förstå vår hemgalax och dess plats i kosmos.
Inte dåligt.
Källor:
- Forskningsdokument: Bevis för en mellanmassa mjölkväg från Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions
- Pressmeddelande: Hubble och Gaia Väg mjölkvägen noggrant
