Οι αστρονόμοι προσπαθούν να μετρήσουν τη μάζα του Γαλαξία και συνεχίζουν να έρχονται με διαφορετικούς αριθμούς. Αλλά δεν είναι ότι είναι άσχημα στα μαθηματικά. Η μέτρηση της μάζας κάτι τόσο τεράστια όσο ο Γαλαξίας μας είναι συγκεχυμένη. Επιπλέον, είμαστε ενσωματωμένοι σε αυτό. χρειάζεται πολύ έξυπνος ελιγμός για τον περιορισμό της μάζας του.
Η μάζα του Γαλαξία είναι ένα θεμελιώδες επιστημονικό ερώτημα που οι αστρονόμοι προσπαθούν να απαντήσουν εδώ και δεκαετίες. Το πρόβλημα είναι, ακόμη και οι καλύτερες εκτιμήσεις των αστρονόμων ποικίλλουν έντονα. Η δυσκολία δεν προκύπτει από τη μέτρηση της μάζας των ίδιων των αστεριών. Προέρχεται από την πρόκληση της μέτρησης της σκοτεινής ύλης.
Δεν ξέρετε τι είναι η σκοτεινή ύλη; Εντάξει, το Space Magazine είναι εδώ για να σας βοηθήσει. (Εάν γνωρίζετε τι είναι, τότε μπορείτε να παραλείψετε την επόμενη ενότητα.)
Το υποχρεωτικό «Τι είναι το σκοτεινό θέμα;» Μέρος
Πρώτα απ 'όλα, η σκοτεινή ύλη είναι υποθετική. Δεν ξέρουμε πραγματικά τι είναι. Αλλά ξέρουμε ότι είναι εκεί, ή μάλλον ξέρουμε ότι κάτι υπάρχει.
Τα πράγματα που μπορούμε να δούμε και να αλληλεπιδράσουμε είναι φτιαγμένα από αυτό που ονομάζεται «βαρυονική ύλη». Είναι φτιαγμένο από άτομα και είναι όλα τα πράγματα με τα οποία γνωρίζουμε: Τα σώματά μας, οι πλανήτες, τα αστέρια, τα γυαλιά του Kim Jong-un κ.λπ. Η βαρυονική ύλη αποτελεί μόνο το 10-15% της ύλης στο σύμπαν.
Πιστεύουμε ότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 85-90% της ύλης στο σύμπαν. Είναι διαφορετικό από την κανονική ύλη, επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως και δεν μπορούμε να το δούμε. Γι 'αυτό ονομάζεται σκοτεινή ύλη.
Αλλά ξέρουμε ότι είναι εκεί επειδή οι γαλαξίες συμπεριφέρονται σαν να έχουν πολύ μεγαλύτερη μάζα από ό, τι μπορούμε να δούμε. Η υπόδειξη ότι είναι εκεί στη βαρύτητα. Οι γαλαξίες πρέπει να έχουν περισσότερη μάζα, και ως εκ τούτου περισσότερη βαρύτητα, από ό, τι μπορούμε να δούμε στην κανονική τους ύλη, ή απλώς θα πετάξουν μακριά. Η μάζα και η βαρύτητά τους τα συγκρατούν.
Η σύντομη εκδοχή είναι ότι τα πράγματα δεν θα μπορούσαν να είναι ο τρόπος που είναι, εκτός αν υπήρχε πολύ μεγαλύτερη μάζα από ό, τι μπορούμε να μετρήσουμε.
Είναι πραγματικά δύσκολο να μετρηθεί
“Δεν μπορούμε να εντοπίσουμε τη σκοτεινή ύλη άμεσα.”
Laura Watkins, Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο
“Απλώς δεν μπορούμε να εντοπίσουμε τη σκοτεινή ύλη άμεσα,»Εξηγεί η Laura Watkins (Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο, Γερμανία), η οποία ηγήθηκε της ομάδας που πραγματοποίησε την ανάλυση. «Αυτό οδηγεί στην παρούσα αβεβαιότητα στη μάζα του Γαλαξία - δεν μπορείτε να μετρήσετε με ακρίβεια αυτό που δεν μπορείτε να δείτε!“
Λοιπόν, πώς μπορούμε να μετρήσουμε κάτι που δεν μπορούμε να δούμε; Οι αστρονόμοι ασχολούνται με τη μέτρηση της επίδρασης της σκοτεινής ύλης και στη συνέχεια το είδος της εργασίας προς τα πίσω. Αλλά ακόμη και με όλη την προσπάθεια που καταβάλλεται, οι εκτιμήσεις ποικίλλουν άγρια, από μόλις 500 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας, έως και 3 τρισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας. Αυτό είναι μια τεράστια ασυμφωνία και ένα πραγματικό ενοχλητικό πρόβλημα στην αστρονομία. Και οφείλεται στη δυσκολία μέτρησης όλης της σκοτεινής ύλης.
Τώρα μια νέα μελέτη με επικεφαλής τη Laura Watkins από το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο πιστεύει ότι έχουν πλησιάσει ακόμη στη μέτρηση της σκοτεινής ύλης, και ως εκ τούτου ολόκληρης της μάζας, του Γαλαξία. Τον αριθμό τους;
Λένε ότι ο Γαλαξίας μας περιέχει 1,5 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο μας, ή 1,5 τρισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, σε ακτίνα 125.000 ετών φωτός από το γαλαξιακό κέντρο.
Η μελέτη βασίζεται στη δεύτερη ανακοίνωση δεδομένων από την αποστολή Gaia της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Οι συγγραφείς το συνδύασαν με παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.
Ας δούμε το πώς οι αστρονόμοι μετρούν τη μάζα του Γαλαξία.
Οι αστρονόμοι δεν μπορούν απλώς να πάρουν δείγματα μετρήσεων αστεριών και μετά να παρεκταθούν. Αυτό δεν λειτουργεί γιατί δεν μπορούν να δουν όλη τη σκοτεινή ύλη. Έτσι, μετρούν άλλα πράγματα. Και χάρη στην αποστολή Gaia, έχει ήδη γίνει μια δέσμη μετρήσεων για αυτούς.
Εισαγάγετε Gaia και Globular Clusters
Η Gaia είναι η αποστολή του ESO να δημιουργήσει έναν τρισδιάστατο χάρτη του Γαλαξία μας. Είναι μια φιλόδοξη αποστολή, αλλά απέδωσε εξαιρετικά αποτελέσματα. Η Γαία έχει μετρήσει τη θέση και την ακτινική ταχύτητα περίπου ενός δισεκατομμυρίου άστρων στον Γαλαξία μας και στην Τοπική Ομάδα. Αυτό είναι περίπου το ένα τοις εκατό των αστεριών στον γαλαξία μας. Αυτό μπορεί να μην ακούγεται πολύ, αλλά η ακρίβεια των μετρήσεων είναι επίσης πολύ σημαντική, ειδικά όταν πρόκειται για τη μέτρηση της σκοτεινής ύλης.
Μερικά από τα περίπου ένα δισεκατομμύριο αστέρια που μέτρησε η Γαία βρίσκονται στα σφαιρικά σμήνη που βρίσκονται κοντά στον Γαλαξία. Τα σφαιρικά σμήνη είναι σφαιρικές συλλογές αστεριών, και περίπου 150 από αυτά περιστρέφονται γύρω από τον Γαλαξία μας. Το πιο σημαντικό, όσο πιο μαζικός είναι ο γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορη είναι η τροχιά των σφαιρικών σμηνών. Και η Gaia μας έδωσε ακριβέστερες μετρήσεις της ταχύτητάς τους από ποτέ.
“Όσο πιο μεγάλος είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα οι συστάδες του κινούνται κάτω από το τράβηγμα της βαρύτητας του.“
N. Wyn Evans, Πανεπιστήμιο του Cambridge, Ηνωμένο Βασίλειο.
“Όσο πιο μεγάλος είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα οι συστάδες του κινούνται κάτω από το τράβηγμα της βαρύτητάς του»Εξηγεί ο N. Wyn Evans (Πανεπιστήμιο του Cambridge, Ηνωμένο Βασίλειο). «Οι περισσότερες προηγούμενες μετρήσεις έχουν βρει την ταχύτητα με την οποία ένα σύμπλεγμα πλησιάζει ή υποχωρεί από τη Γη, δηλαδή την ταχύτητα κατά μήκος της οπτικής μας όψης. Ωστόσο, καταφέραμε επίσης να μετρήσουμε την πλάγια κίνηση των συστάδων, από την οποία μπορεί να υπολογιστεί η συνολική ταχύτητα, και κατά συνέπεια η γαλαξιακή μάζα.“
Το Χαμπλ βοηθάει
Όσο πιο μακριά το σφαιρικό σύμπλεγμα, τόσο περισσότερο μας λένε για τη μάζα του Γαλαξία. Παρόλο που η Gaia παρείχε τις εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις ταχύτητας των συστάδων, ήταν το αξιοσέβαστο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble που μετρούσε τις συστάδες μόλις 130.000 έτη φωτός από τη Γη, προσθέτοντας μεγάλη ακρίβεια στη νέα μέτρηση μάζας για τον Γαλαξία.
“Τα παγκόσμια σμήνη εκτείνονται σε μεγάλη απόσταση, επομένως θεωρούνται οι καλύτεροι ιχνηλάτες που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για τη μέτρηση της μάζας του γαλαξία μας»Είπε ο Τόνι Σον (Ινστιτούτο Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου, ΗΠΑ), ο οποίος ηγήθηκε των μετρήσεων Χαμπλ.
“Ήμασταν τυχεροί που έχουμε τόσο μεγάλο συνδυασμό δεδομένων,»Εξήγησε η Roeland P. van der Marel (Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου, ΗΠΑ). «Συνδυάζοντας τις μετρήσεις της Gaia από 34 σφαιρικές συστάδες με μετρήσεις 12 πιο απομακρυσμένων συστάδων από το Χαμπλ, θα μπορούσαμε να καθορίσουμε τη μάζα του Γαλαξία με έναν τρόπο που θα ήταν αδύνατο χωρίς αυτά τα δύο διαστημικά τηλεσκόπια.“
Γιατί έχει σημασία
Και τώρα τι?
Η μάζα του Γαλαξία είναι κάτι παραπάνω από μια περιέργεια, είναι ένα εγγενές και σημαντικό μέρος πολύ μεγαλύτερων ερωτήσεων. Το περιεχόμενο της σκοτεινής ύλης ενός γαλαξία συνδέεται με το σχηματισμό και την ανάπτυξη δομών στο Σύμπαν.
Αυτή η πιο ακριβής μέτρηση της μάζας του Γαλαξία μας βοηθά να κατανοήσουμε τον οικιακό γαλαξία μας και τη θέση του στον Κόσμο.
Όχι κακό.
Πηγές:
- Ερευνητικό έγγραφο: Στοιχεία για έναν Γαλαξία ενδιάμεσης μάζας από το Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions
- Δελτίο τύπου: Το Χαμπλ και η Γαία ζυγίζουν με ακρίβεια τον Γαλαξία μας
